激光推進的星際旅行

朱崇愷

激光推進納米圖案的概念圖

加州理工學院應用物理與材料科學教授哈里·阿特沃特（Harry Atwater）領導實驗室的研究人員通過在物體表面創建特定的納米級圖案，設計了一種僅使用光線去懸浮和推動物體的方法。雖然這項研究目前仍停留在理論層面，但這意味著人們對新的太空推進方式的開發邁出了重要一步。理論上，使用這種僅靠光能驅動和加速的技術的太空船可以在20年內到達最近的太陽系外行星。

作為激光物理領域突破性發明的光學鑷子（2018年獲諾貝爾物理學獎），能利用激光操縱微小的物體，如納米粒子。然而，光學鑷子只能在非常短的距離內操縱，并且只能操縱非常小的物體。本研究的第一作者、博士后學者伊利奇（Ognjen Ilic）作了一個類比：“人們可以使用來自吹風機的穩定氣流來懸浮乒乓球。但如果乒乓球太大，或者距離吹風機太遠，這就不會起作用。”

新研究的關鍵是在物體表面上創建特定的納米級圖案。這種圖案會與光相互作用，使物體在受到擾動時可以自行調整，產生恢復性的扭矩，從而使其保持在光束之中。有了這一特性，光學鑷子就不再需要高度聚焦的激光束，只要激光“編碼”了自身的穩定性，光源甚至可以在數百萬英里（1英里=1.609344千米）之外。

“我們已經想出了一種可以懸浮宏觀物體的方法，”人工光合作用聯合中心的主任阿特沃特說，“一個大膽有趣的應用就是使用這種技術來推動新一代的航天器。盡管目前距離實際應用還有很長的路要走，但我們正在測試其原理。”理論上講，這種航天器可以用地球發出的激光加速。它無需攜帶燃料，卻可以持續加速，使航天器最終將達到一個非常高的，甚至是相對論級別的速度，從而完全可以前往其他恒星。而傳統火箭的速度受限于自身所攜帶燃料的重量，燃料一旦耗盡，火箭就無法繼續加速，這導致它們無法在合理的時間內實現星際旅行。

除此之外，阿特沃特還設想在地球上使用該技術，以便能夠快速制造更小的物體，比如電路板。