通過“聆聽” 科學家首次測量光的動量
日期：2019-02-27 16:53:21 來源(yuan)：凡帝朗
光具有(you)動量(liang)的(de)(de)想法(fa)并不新鮮，但光與物質如何相互作(zuo)用(yong)的(de)(de)確切(qie)性質，在(zai)近(jin)150年來一(yi)直是個(ge)(ge)未解之謎。一(yi)個(ge)(ge)國際(ji)科研團隊在(zai)日(ri)前(qian)出版的(de)(de)《自然·通訊》雜志上首次(ci)公布了測量(liang)光動量(liang)的(de)(de)新技術，這(zhe)項突破(po)不僅有(you)助于揭示這(zhe)一(yi)謎團，也可能為太空(kong)旅行帶來革命(ming)性突破(po)。
德國著名天文學家、數學家約翰內(nei)斯(si)·開普勒于(yu)1619年(nian)首次提出(chu)，來(lai)自太陽光的(de)(de)壓力可能(neng)決定了彗星(xing)的(de)(de)尾巴總是指(zhi)向(xiang)(xiang)遠離太陽的(de)(de)方向(xiang)(xiang)。1873年(nian)，詹姆斯(si)·克拉克·麥(mai)克斯(si)韋爾預測，輻射壓力是由光的(de)(de)電(dian)磁場中的(de)(de)動(dong)量產生的(de)(de)。動(dong)量是與(yu)物(wu)(wu)體的(de)(de)質量和(he)速(su)度(du)相關的(de)(de)物(wu)(wu)理量，指(zhi)運動(dong)物(wu)(wu)體的(de)(de)作用效果(guo)。
最(zui)新研究合作(zuo)者、加(jia)拿大不列(lie)顛哥倫比亞大學(xue)奧卡(ka)納甘校(xiao)區工程學(xue)教授肯(ken)尼(ni)思·周（音(yin)譯(yi)）說：“我(wo)們之前(qian)一直沒(mei)有確定這種動(dong)(dong)量是如(ru)何轉化為力或(huo)運動(dong)(dong)的(de)。因(yin)為光攜(xie)帶(dai)的(de)動(dong)(dong)量非常小(xiao)，所以，我(wo)們沒(mei)有足(zu)夠靈敏的(de)設備來解決這一問題。”
在(zai)新(xin)研究中(zhong)，他(ta)和來自斯洛文尼(ni)亞和巴西(xi)的科學(xue)家設(she)計了一(yi)種(zhong)新(xin)裝置，來測量光(guang)子之間微弱的相互作用。
他們(men)制作了一面配備(bei)聲學傳感(gan)器(qi)(qi)和隔熱層（能將干擾和背景噪(zao)音降至最低）的(de)(de)鏡子。然后，朝鏡子發射激(ji)(ji)光脈沖，并使用聲學傳感(gan)器(qi)(qi)來探測激(ji)(ji)光穿過(guo)鏡子表面時(shi)產(chan)生的(de)(de)彈性波(bo)，“就(jiu)像觀察(cha)池塘里的(de)(de)漣漪”。
肯尼思·周說：“我們(men)(men)不能直接(jie)測(ce)量(liang)光子的(de)(de)(de)(de)動量(liang)，因(yin)此另辟(pi)蹊徑：通(tong)過‘聆聽’穿過鏡子的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性波(bo)來探測(ce)它們(men)(men)對鏡子的(de)(de)(de)(de)影響。我們(men)(men)能借由這些波(bo)的(de)(de)(de)(de)特征追蹤到光脈沖(chong)本(ben)身的(de)(de)(de)(de)動量(liang)，這為(wei)最終界定和模擬光動量(liang)如何存在于物質(zhi)內部(bu)打開了大門(men)。”
研究人員說，新發(fa)現有助于他們進一步了解(jie)光(guang)的基本特(te)性。此(ci)外，對輻射壓(ya)力的理解(jie)也可以應用于諸多領域(yu)。
肯尼思·周說：“想象一(yi)下(xia)乘坐由太陽帆驅動的(de)星際游艇前(qian)(qian)往遙(yao)遠的(de)星球；或在地球上研發可組(zu)裝微型機器的(de)光學(xue)鑷子。目前(qian)(qian)，我(wo)們(men)還沒有走到那一(yi)步，但(dan)新發現是重要的(de)一(yi)步。”