通过“聆听” 科学家首次测量光的动量

2018-08-27 08:20

据物理学家组织网近日报道，光具有动量的想法并不新鲜，但光与物质如何相互作用的确切性质，在近150年来一直是个未解之谜。一个国际科研团队在日前出版的《自然·通讯》杂志上首次公布了测量光动量的新技术，这项突破不仅有助于揭示这一谜团，也可能为太空旅行带来革命性突破。

德国著名天文学家、数学家约翰内斯·开普勒于1619年首次提出，来自太阳光的压力可能决定了彗星的尾巴总是指向远离太阳的方向。1873年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔预测，辐射压力是由光的电磁场中的动量产生的。动量是与物体的质量和速度相关的物理量，指运动物体的作用效果。

最新研究合作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学奥卡纳甘校区工程学教授肯尼思·周（音译）说：“我们之前一直没有确定这种动量是如何转化为力或运动的。因为光携带的动量非常小，所以，我们没有足够灵敏的设备来解决这一问题。”

在新研究中，他和来自斯洛文尼亚和巴西的科学家设计了一种新装置，来测量光子之间微弱的相互作用。

他们制作了一面配备声学传感器和隔热层（能将干扰和背景噪音降至最低）的镜子。然后，朝镜子发射激光脉冲，并使用声学传感器来探测激光穿过镜子表面时产生的弹性波，“就像观察池塘里的涟漪”。

肯尼思·周说：“我们不能直接测量光子的动量，因此另辟蹊径：通过‘聆听’穿过镜子的弹性波来探测它们对镜子的影响。我们能借由这些波的特征追踪到光脉冲本身的动量，这为最终界定和模拟光动量如何存在于物质内部打开了大门。”

研究人员说，新发现有助于他们进一步了解光的基本特性。此外，对辐射压力的理解也可以应用于诸多领域。

肯尼思·周说：“想象一下乘坐由太阳帆驱动的星际游艇前往遥远的星球；或在地球上研发可组装微型机器的光学镊子。目前，我们还没有走到那一步，但新发现是重要的一步。”

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