通過(guò)“聆聽(tīng)”科學(xué)家首次測(cè)量光的動(dòng)量

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，光具有動(dòng)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(lái)一直是個(gè)未解之謎。一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在日前出版的《自然·通訊》雜志上首次公布了測(cè)量光動(dòng)量的新技術(shù)，這項(xiàng)突破不僅有助于揭示這一謎團(tuán)，也可能為太空旅行帶來(lái)革命性突破。

德國(guó)著名天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒于1619年首次提出，來(lái)自太陽(yáng)光的壓力可能決定了彗星的尾巴總是指向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向。1873年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾預(yù)測(cè)，輻射壓力是由光的電磁場(chǎng)中的動(dòng)量產(chǎn)生的。動(dòng)量是與物體的質(zhì)量和速度相關(guān)的物理量，指運(yùn)動(dòng)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(xué)奧卡納甘校區(qū)工程學(xué)教授肯尼思·周（音譯）說(shuō)：“我們之前一直沒(méi)有確定這種動(dòng)量是如何轉(zhuǎn)化為力或運(yùn)動(dòng)的。因?yàn)楣鈹y帶的動(dòng)量非常小，所以，我們沒(méi)有足夠靈敏的設(shè)備來(lái)解決這一問(wèn)題?！?/p>

在新研究中，他和來(lái)自斯洛文尼亞和巴西的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新裝置，來(lái)測(cè)量光子之間微弱的相互作用。他們制作了一面配備聲學(xué)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(xué)傳感器來(lái)探測(cè)激光穿過(guò)鏡子表面時(shí)產(chǎn)生的彈性波，“就像觀察池塘里的漣漪”。

肯尼思·周說(shuō)：“我們不能直接測(cè)量光子的動(dòng)量，因此另辟蹊徑：通過(guò)‘聆聽(tīng)穿過(guò)鏡子的彈性波來(lái)探測(cè)它們對(duì)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(dòng)量，這為最終界定和模擬光動(dòng)量如何存在于物質(zhì)內(nèi)部打開(kāi)了大門。”

研究人員說(shuō)，新發(fā)現(xiàn)有助于他們進(jìn)一步了解光的基本特性。此外，對(duì)輻射壓力的理解也可以應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。

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