光的动量首次被测量 有望为太空旅行带来革命性突破
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-18
科技日报记者 刘霞
据物理学家组织网21日报道,光具有动量的想法并不新鲜,但光与物质如何相互作用的确切性质在近150年来一直是个未解之谜。一个国际科研团队在近日出版的《自然·通讯》杂志上公布了首次测量光动量的新技术,这项突破不仅有助于揭示这一谜团,也可能为太空旅行带来革命性突破。
德国著名天王学家、数学家约翰内斯·开普勒于1619年首次提出,来自太阳光的压力可能决定了彗星的尾巴总是指向远离太阳的方向。1873年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔预测,辐射压力是由光的电磁场中的动量产生的。动量是与物体的质量和速度相关的物理量,指运动物体的作用效果。
最新研究合作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学奥卡纳甘校区工程学教授肯尼思·周(音译)说:“我们之前一直没有确定这种动量是如何转化为力或运动的。因为光携带的动量非常小,所以,我们没有足够灵敏的设备来解决这一问题。”
在新研究中,他和来自斯洛文尼亚和巴西的科学家设计了一种新装置来测量光子之间微弱的相互作用。
他们制作了一面配备声学感测器和的隔热层(能将干扰和背景噪音降至最低)的镜子。然后,朝镜子发射激光脉冲,并使用声学感测器来探测激光穿过镜子表面时产生的弹性波,“就像观察池塘里的涟漪”。
肯尼思·周说:“我们不能直接测量光子的动量,因此,我们另辟蹊径:通过‘聆听’穿过镜子的弹性波来探测它们对镜子的影响。我们能借由这些波的特征追踪到光脉冲本身的动量,这为最终界定和模拟光动量如何存在于物质内部打开了大门。”
研究人员说,新发现有助于他们进一步了解光的基本特性。此外,对辐射压力的理解也可以应用于诸多领域。
肯尼思·周说:“想像一下乘坐由太阳帆驱动的星际游艇前往遥远的星球;或在地球上研发可组装微型机器的光学镊子。目前,我们还没有走到那一步,但新发现是重要的一步。”
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