光也有壓力！

風的本質是空氣流動，從微觀上講，它是一團團有質量的空氣氣團的移動。當前方有障礙物時，這一團團空氣便會迎頭撞在上面。

在日常生活中，用一個玻璃球撞擊另一個與它質量相近的靜止玻璃球時，我們會發現，撞擊后，運動的玻璃球速度會減慢甚至停下來，而靜止的玻璃球會開始運動。

彈玻璃球（供圖/史金陽）

我們將這一現象總結一下：當運動的物體甲撞擊靜止的物體乙后，物體甲的速度會降低，物體乙會從原來的靜止狀態開始運動。類似的現象還會發生在牛頓擺和冰壺運動中。

這其實是動量守恒定律的粗略表述。物體動量被定義為物體的質量與運動速度的乘積。動量守恒定律可以定性地表述為：當由一個或者多個物體組成的系統不受外界干擾時，組成系統的各個物體的動量之和總是保持不變的。

如上圖所示，在牛頓擺運行過程中，最右側的擺錘下落，撞擊右2 擺錘，由于擺錘的質量相同，兩個擺錘會交換速度，原本運動的擺錘靜止，原本靜止的擺錘會運動并撞擊下一個擺錘。以此類推，逐個交換速度，直到最左側的擺錘開始運動，并重復上述過程。

那么，這和最開始說到的風帆有什么聯系呢？

回到剛開始的風帆問題上，當空氣不斷地吹到風帆表面時，這些氣團會與風帆發生碰撞，將動量傳遞給風帆，從而推動帆船不斷運動。既然無形的風可以吹動帆船，那無形的光呢？

17世紀，人們意識到光照可以產生壓力，并將此作為彗星“小尾巴”總朝向遠離太陽方向的原因之一。

從經典的電磁理論中，人們很早就獲得了電磁波對界面壓力的理論解，但是受限于當時的技術水平，一直沒有完成驗證實驗。直到20世紀初，俄國物理學家列別捷夫完成了光壓力的實驗測量。

隨后，愛因斯坦提出光量子的概念，即光其實也是一個個粒子，用以解釋光電效應（在光的照射下，物體發射出電子的現象）的問題，人們對于光壓有了更深的理解。

光是由一個個的光量子組成的，這些光量子具有動量。當光照在某個物體表面時，這些光量子不斷地與物體表面發生碰撞，正如之前一團團空氣與風帆發生碰撞能夠推動帆船一樣，光量子在與物體碰撞時，也在傳遞動量，并且對物體產生推力。

既然光與風有相同的動量傳遞過程，那么，可不可以豎起一道太陽帆，利用太陽光的壓力推動物體運動呢？答案是肯定的！

2010年11月， 美國國家航空航天局（NASA） 在其發射的FASTASAT衛星上搭載了一個小型衛星——NanoSail-D。小型衛星上安裝了由高反射率材料制作成的太陽帆。2011年1 月，NanoSail-D衛星在距離地球650千米的軌道上，展開了一張9 平方米的太陽帆。隨后，陽光推動著太陽帆，使該衛星按預定計劃實現了變軌。整個過程中沒有采用傳統的推進方式，這標志著人類成功設計并建造出了光壓力驅動的航天器。

除此以外，在微觀領域，我們也可以利用激光的高度方向性和高流強來推動細小物質，這極好地避免了物理機械對細小物質產生不可控的損傷。這種技術被稱作光鑷技術，多應用在微納米尺度的生物、化學研究領域。

光壓還能用來做什么呢？歡迎掃碼二維碼，給我們留言。參與互動，有機會獲得《知識就是力量》精美禮品。

（責任編輯 / 張麗靜 美術編輯 / 周游）