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光有动量被证实!未来可用光的力量驱动星际飞船

更新时间:2018-09-09 信息来源:

据国外媒体报道,科学家们长期以来一直猜测光有动量,这是一种通过结合质量和速度进行测量的性质。但是光子或者光的粒子,据称是没有质量的,而它们的动量如何对物质施加作用力,在很大程度上仍是一个未解之谜。一项最新技术最终可以解决这个有着150年历史的难题,使用声学传感器“聆听”激光脉冲穿过镜子的弹力波。

  德国天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)早在1619年就曾提出,来自太阳光线的压力可能是决定彗星彗尾位置的原因,而彗尾总是指向远离太阳的方向。200多年之后,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)预测称,辐射压力是光线电磁场动量的结果。但是从那以后,科学家们一直在努力解释这种现象是如何发生的。

  加拿大不列颠哥伦比亚大学奥肯那根分校工程学教授肯尼斯·周(Kenneth Chau)说:“到目前为止,我们还没有确定这种动量是如何转变为动力或者运动的。因为光携带的动量非常小,我们还没有足够灵敏的设备来解决这一问题。”

  为了搞清真相,斯洛文尼亚和巴西的研究人员设计了一种新型装置,它可以用于测量光子之间的微弱相互作用。研究小组建造了一面装有声波传感器和隔热屏的镜子,从而减少干扰和背景噪音。之后他们在镜子表面发射激光脉冲,并使用声音传感器来检测他们移动时产生的弹力波。

  实验结果表明,这种弹力波效应非常像观察池塘里的涟漪现象。肯尼斯说:“我们无法直接测量光动量,因此我们的方法是通过‘聆听’穿过镜子的弹力波来检测它对镜子的影响。”肯尼斯表示,我们能够跟踪这些弹力波的特征,并将其追溯至存在于光脉冲本身的动量,这将为最终定义和建模材料内部存在的光动量打开一扇门。

  光可以用于驱动星际飞船吗?科学家一直在努力研制新型太空船,利用光的力量来减少旅行至遥远星球的时间。

  例如:2016年,美国加州大学圣巴巴拉分校一个研究小组通过“定向能量星际先驱方案((Deep-In))”详细阐述了这个太空飞船计划。该方案就是利用所谓的光子推进技术,一种利用激光产生光驱动宇宙飞船的技术。

  所有航天器都是通过点燃推进燃料,以相反方向推进航天器实现太空旅行。从传统技术上讲,这种推进剂是一种燃料,必须携带在飞船上,使飞船变重并且减慢速度。光子推进使用的是一组激光器,这意味着飞船上不需要携带任何燃料。这使它能够加速飞行更长时间,达到更高的速度。

  专家们表示,这项技术完全可以扩展,因此可在小型和大型航天器上实现载人飞行。该发现可能最终朝着理解光动量的方向迈出重要一步。同时,理解辐射压力会有许多应用。肯尼斯说:“想像一下,乘坐太阳帆驱动的星际快艇实现遥远星球的太空旅行。或许在地球设计一种光学镊子,可以组装微型机器。如何有效利用光动量是非常重要的,它将有助于我们实现更高效的太空旅行。”(叶倾城)

(来源:新浪科技)