Re: [新聞] 用光讓物體漂浮移動的新理論方法出現

作者: kalen123 (嘴砲男)   2019-03-22 10:59:19
※ 引述《wizardfizban (瘋法師)》之銘言:
: 用光讓物體漂浮移動的新理論方法出現,能在 20 年內讓太空船走出太陽系
: http://tinyurl.com/y3n56qpp
: 比聲鉗還要更科幻的東西出現了!加州理工學院科學家提出一種完全用光讓物體飄浮的理
: 論方法,換句話說,以後太空船不需要燃料了,只要發射強大雷射束就能在太空中以相對
: 論性速度來去自如。
: 引發這項新研究觀點的契機是光鉗(optical tweezers,也稱光鑷、光學鑷子)──一種
: 利用高度聚焦雷射束吸引或推開微小物體的科學儀器,這項技術已在生物學領域中大顯身
: 手,並且讓物理學家 Arthur Ashkin 因此榮獲 2018 年諾貝爾物理學獎;去年也有另一
: 團隊根據光鉗相同原理,將技術轉移到聲學領域,開發出創新手術工具「聲鉗(
: acoustic tweezers)」。
: 不過光鉗的最大缺點是只能在微觀尺度上操縱物體,比如通常用來移動細胞或病毒顆粒,
: 新研究第一作者、加州理工學院工程與應用科學系博士後研究員 Ognjen Ilic 對此形容
: ,好比一台吹風機可以吹動一顆保麗龍球,但吹不動再大一點的乒乓球。
: 現在,加州理工學院團隊提出了全新的「光子懸浮與推進系統」理論,基本上從微米級細
: 胞到大型太空飛船都能操縱駕馭,新方法的祕訣是在物體表面上鑿刻一些「特殊紋路」,
: 這些紋路與光子相互作用後,使物體受到擾動時自行調整並產生回復力矩(restoring
: torque),以繼續浮在光束上。
: 研究人員說,這代表物體不用依賴高度聚焦的光束也能保持穩定,甚至光源距離物體上千
: 萬公里遠也能發揮作用。也因此,團隊有一個很大膽的想法,就是將這種技術應用在新一
: 代太空船推進系統。
: 雖然離夢想成真還有一段距離要走,理論也還沒有在真實世界中測試過,但研究人員說,
: 如果理論能夠實現,那麼我們就可在短短 20 年內把太空船送到離太陽系最近的恆星:比
: 鄰星(Proxima Centauri),全程僅使用光來推動加速太空船並使其達到相對論性速度,
: 不需要燃料。比鄰星距離我們約 4 光年,太空船若靠現有技術去到那邊需要花上數萬年
: 時間。
: ====
: 別以為換個說法,我們就看不出來....
: 物體表面上鑿刻一些「特殊紋路」,這些紋路與光子相互作用後,使物體受到擾動時自行
: 調整並產生回復力矩(restoring torque),以繼續浮在光束上。
: 這明明就是陣法呀!!
: 還裝!?
: 美國那邊己經開始開發陣法了?
: 以為用「特殊紋路」就能掩飾嗎?
科普一下這篇的背景與特點
我們知道光若是以非垂直角度通過不同介質時會發生折射,
就像透過水杯看過去的事物形象會變形。
從另一個角度來說,
你也可以說在這過程中介質對光子作功,
使光改變方向。
但是,
既然介質有對光子作功,
那同時間光對介質是否有作功呢?
答案是有的。
實驗發現如果在平面上以雷射垂直照射透明玻璃珠中心,
當雷射橫移時,
玻璃珠也會跟著移動。
其原因是當雷射偏離玻璃珠中心,
光不再是垂直入射,
而是與珠子表面產生一個微小的差角,
於是..珠子與雷射彼此影響,
光被折射,
而珠子則受到一股往雷射偏離方向的力,
造成雷射跑到哪、珠子跟著跑的結果,
也就是文中所提的光鑷。
但是哪怕是用雷射減少散射的問題,
光折射所產生的力道仍然太弱了,
拉不住um以上的物體。
稿中的思路是:既然點的力量不夠,那就把它作成面!
在材料表面下手,
一但光的照射方向與材料表面之間產生角度差時,
由光反射所產生的力道會傾向將物體自行歸正,
使光始終與材料表面成垂直,
最終結果跟光鑷是類似的,
但理論上可以應用到更大的物體。
但是問題還是存在:
在不增強光源的前提下,
受光面積的增大,
也意味著要控制物體的質量增加,
質量增加意味著控制所需要的作功需求更高,
需要更高作功又意味著需要更大受光面積 (loop)。

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