光也能听见？科学家用激光轰击镜子来听光

镜子，墙上的镜子，光和物质到底是怎么混在一起的？一段时间以来，科学家们都知道光有动量，并对它所撞击的物体施加作用力。但是由于这个动量是如此之小，实验还无法精确观察它如何影响物质。为了寻找答案，一个国际研究小组在一项新的研究中求助于镜子。该研究的第一作者、斯洛文尼亚卢布尔雅那大学机械工程系助理教授tomapoar在有趣的类比中引用了他创建并发送给Live Science的“白雪公主和七个小矮人”的比喻。他是这项研究的主要作者，也是斯洛文尼亚卢布尔雅那大学机械工程系的助理教授。

尽管poar和团队并没有与镜子对话，但他们确实认真地倾听了当它被一束光照射时的反应。将声学感测器(工作原理类似于医学超声)安装在装有隔热罩的镜子上（加热会产生弹性波，这会阻碍他们试图研究的信号：动量产生的弹性波）。然后研究人员将激光束射入镜子中，并使用声学感测器来监听光线照射到镜子表面时产生的声波，这就像锤子砸碎了光。这些微小的波引起了“声音”，即镜子原子间的微小运动。最小的位移发现约40飞米，大约四倍大小的一个原子的核心。

在这个实验中,科学家们只能测量光动力转移到一个对象作为一个整体。但是这个新方法允许他们看到这个力是如何在整个材料中分布的。虽然先前的研究预测，光移动物质的沉积动力到不同的弹性波，现在有实验证据表明。目前科学家有一些想法关于动量转移从光材料。

1873年，苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)率先提出，光在其电磁场中携带动量。他的方程式和其他一些方程式构成了电磁学的基础。每个人都同意电磁场的麦克斯韦方程”和定律说动量和能量是守恒。

但是不同的科学家对于光的力量是如何在整个物质中分布有他们自己的观点。一个著名的例子就是所谓的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议，这是德国物理学家马克斯-亚伯拉罕和德国数学家赫尔曼-闵可夫斯基之间的争论。亚伯拉罕认为光子的动量应该与“折射率”成反比，“折射率”是一个描述光如何穿过物质的数字，而闵可夫斯基则认为它应该是直接相关的。虽然这项新研究还没有确定哪种假设(如果有的话)是正确的，但研究人员希望对这种实验方法进行微调，并在液体和其他材料中使用这种实验方法，最终得出结论。

图片：Shutterstock

Po?ar继续在他的类比：白雪公主或邪恶的皇后吗？是亚伯拉罕提出的形式主义吗？也许是闵可夫斯基提出的？或者是爱因斯坦的名字，或者是一位无名科学家的名字，有朝一日会出现在所有教科书上？早在1619年，德国天文学家和数学家约翰尼斯·开普勒就提出彗星的尾巴似乎总是指向远离太阳的方向，因为太阳的光线对它施加压力。了解光动量背后的物理学很可能会让开普勒激动不已，但它也会有一些实际的应用。例如光学镊子可以优化到对微小的有机物体施加最小的力。或者可以制造大太阳帆，利用太阳的能量穿越银河系。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Communications》

文：Yasemin Saplakoglu/Live Science

DOI：doi.org/10.1038/s41467-018-05706-3

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