通過“聆聽” 科學家首次測量光的動量

據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，光具有動量的想法并不新鮮，但光與物質(zhì)如何相互作用的確切性質(zhì)，在近150年來一直是個未解之謎。一個國際科研團隊在日前出版的《自然·通訊》雜志上首次公布了測量光動量的新技術，這項突破不僅有助于揭示這一謎團，也可能為太空旅行帶來革命性突破。

德國著名天文學家、數(shù)學家約翰內(nèi)斯·開普勒于1619年首次提出，來自太陽光的壓力可能決定了彗星的尾巴總是指向遠離太陽的方向。1873年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾預測，輻射壓力是由光的電磁場中的動量產(chǎn)生的。動量是與物體的質(zhì)量和速度相關的物理量，指運動物體的作用效果。

最新研究合作者、加拿大不列顛哥倫比亞大學奧卡納甘校區(qū)工程學教授肯尼思·周（音譯）說：“我們之前一直沒有確定這種動量是如何轉(zhuǎn)化為力或運動的。因為光攜帶的動量非常小，所以，我們沒有足夠靈敏的設備來解決這一問題。”

在新研究中，他和來自斯洛文尼亞和巴西的科學家設計了一種新裝置，來測量光子之間微弱的相互作用。

他們制作了一面配備聲學傳感器和隔熱層（能將干擾和背景噪音降至最低）的鏡子。然后，朝鏡子發(fā)射激光脈沖，并使用聲學傳感器來探測激光穿過鏡子表面時產(chǎn)生的彈性波，“就像觀察池塘里的漣漪”。

肯尼思·周說：“我們不能直接測量光子的動量，因此另辟蹊徑：通過‘聆聽’穿過鏡子的彈性波來探測它們對鏡子的影響。我們能借由這些波的特征追蹤到光脈沖本身的動量，這為最終界定和模擬光動量如何存在于物質(zhì)內(nèi)部打開了大門。”

研究人員說，新發(fā)現(xiàn)有助于他們進一步了解光的基本特性。此外，對輻射壓力的理解也可以應用于諸多領域。

肯尼思·周說：“想象一下乘坐由太陽帆驅(qū)動的星際游艇前往遙遠的星球；或在地球上研發(fā)可組裝微型機器的光學鑷子。目前，我們還沒有走到那一步，但新發(fā)現(xiàn)是重要的一步。”（劉霞）