Re: [新闻] 用光让物体漂浮移动的新理论方法出现

楼主: kalen123 (嘴砲男)   2019-03-22 10:59:19
※ 引述《wizardfizban (疯法师)》之铭言:
: 用光让物体漂浮移动的新理论方法出现,能在 20 年内让太空船走出太阳系
: http://tinyurl.com/y3n56qpp
: 比声钳还要更科幻的东西出现了!加州理工学院科学家提出一种完全用光让物体飘浮的理
: 论方法,换句话说,以后太空船不需要燃料了,只要发射强大雷射束就能在太空中以相对
: 论性速度来去自如。
: 引发这项新研究观点的契机是光钳(optical tweezers,也称光镊、光学镊子)──一种
: 利用高度聚焦雷射束吸引或推开微小物体的科学仪器,这项技术已在生物学领域中大显身
: 手,并且让物理学家 Arthur Ashkin 因此荣获 2018 年诺贝尔物理学奖;去年也有另一
: 团队根据光钳相同原理,将技术转移到声学领域,开发出创新手术工具“声钳(
: acoustic tweezers)”。
: 不过光钳的最大缺点是只能在微观尺度上操纵物体,比如通常用来移动细胞或病毒颗粒,
: 新研究第一作者、加州理工学院工程与应用科学系博士后研究员 Ognjen Ilic 对此形容
: ,好比一台吹风机可以吹动一颗保丽龙球,但吹不动再大一点的乒乓球。
: 现在,加州理工学院团队提出了全新的“光子悬浮与推进系统”理论,基本上从微米级细
: 胞到大型太空飞船都能操纵驾驭,新方法的祕诀是在物体表面上凿刻一些“特殊纹路”,
: 这些纹路与光子相互作用后,使物体受到扰动时自行调整并产生回复力矩(restoring
: torque),以继续浮在光束上。
: 研究人员说,这代表物体不用依赖高度聚焦的光束也能保持稳定,甚至光源距离物体上千
: 万公里远也能发挥作用。也因此,团队有一个很大胆的想法,就是将这种技术应用在新一
: 代太空船推进系统。
: 虽然离梦想成真还有一段距离要走,理论也还没有在真实世界中测试过,但研究人员说,
: 如果理论能够实现,那么我们就可在短短 20 年内把太空船送到离太阳系最近的恒星:比
: 邻星(Proxima Centauri),全程仅使用光来推动加速太空船并使其达到相对论性速度,
: 不需要燃料。比邻星距离我们约 4 光年,太空船若靠现有技术去到那边需要花上数万年
: 时间。
: ====
: 别以为换个说法,我们就看不出来....
: 物体表面上凿刻一些“特殊纹路”,这些纹路与光子相互作用后,使物体受到扰动时自行
: 调整并产生回复力矩(restoring torque),以继续浮在光束上。
: 这明明就是阵法呀!!
: 还装!?
: 美国那边己经开始开发阵法了?
: 以为用“特殊纹路”就能掩饰吗?
科普一下这篇的背景与特点
我们知道光若是以非垂直角度通过不同介质时会发生折射,
就像透过水杯看过去的事物形象会变形。
从另一个角度来说,
你也可以说在这过程中介质对光子作功,
使光改变方向。
但是,
既然介质有对光子作功,
那同时间光对介质是否有作功呢?
答案是有的。
实验发现如果在平面上以雷射垂直照射透明玻璃珠中心,
当雷射横移时,
玻璃珠也会跟着移动。
其原因是当雷射偏离玻璃珠中心,
光不再是垂直入射,
而是与珠子表面产生一个微小的差角,
于是..珠子与雷射彼此影响,
光被折射,
而珠子则受到一股往雷射偏离方向的力,
造成雷射跑到哪、珠子跟着跑的结果,
也就是文中所提的光镊。
但是哪怕是用雷射减少散射的问题,
光折射所产生的力道仍然太弱了,
拉不住um以上的物体。
稿中的思路是:既然点的力量不够,那就把它作成面!
在材料表面下手,
一但光的照射方向与材料表面之间产生角度差时,
由光反射所产生的力道会倾向将物体自行归正,
使光始终与材料表面成垂直,
最终结果跟光镊是类似的,
但理论上可以应用到更大的物体。
但是问题还是存在:
在不增强光源的前提下,
受光面积的增大,
也意味着要控制物体的质量增加,
质量增加意味着控制所需要的作功需求更高,
需要更高作功又意味着需要更大受光面积 (loop)。

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