加州理工學(xué)院科學(xué)家提出一種完全用光讓物體飄浮的理論方法

比聲鉗還要更科幻的東西出現(xiàn)了！加州理工學(xué)院科學(xué)家提出一種完全用光讓物體飄浮的理論方法，換句話說，以后太空船不需要燃料了，只要發(fā)射強大雷射束就能在太空中以相對論性速度來去自如。

引發(fā)這項新研究觀點的契機是光鉗（optical tweezers，也稱光鑷、光學(xué)鑷子）——一種利用高度聚焦雷射束吸引或推開微小物體的科學(xué)儀器，這項技術(shù)已在生物學(xué)領(lǐng)域中大顯身手，并且讓物理學(xué)家 Arthur Ashkin 因此榮獲 2018 年諾貝爾物理學(xué)獎；去年也有另一團(tuán)隊根據(jù)光鉗相同原理，將技術(shù)轉(zhuǎn)移到聲學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)出創(chuàng)新手術(shù)工具「聲鉗（acoustic tweezers）」。

不過光鉗的最大缺點是只能在微觀尺度上操縱物體，比如通常用來移動細(xì)胞或病毒顆粒，新研究第一作者、加州理工學(xué)院工程與應(yīng)用科學(xué)系博士后研究員 Ognjen Ilic 對此形容，好比一臺吹風(fēng)機可以吹動一顆保麗龍球，但吹不動再大一點的乒乓球。

現(xiàn)在，加州理工學(xué)院團(tuán)隊提出了全新的「光子懸浮與推進(jìn)系統(tǒng)」理論，基本上從微米級細(xì)胞到大型太空飛船都能操縱駕馭，新方法的祕訣是在物體表面上鑿刻一些「特殊紋路」，這些紋路與光子相互作用后，使物體受到擾動時自行調(diào)整并產(chǎn)生回復(fù)力矩（restoring torque），以繼續(xù)浮在光束上。

研究人員說，這代表物體不用依賴高度聚焦的光束也能保持穩(wěn)定，甚至光源距離物體上千萬公里遠(yuǎn)也能發(fā)揮作用。也因此，團(tuán)隊有一個很大膽的想法，就是將這種技術(shù)應(yīng)用在新一代太空船推進(jìn)系統(tǒng)。

雖然離夢想成真還有一段距離要走，理論也還沒有在真實世界中測試過，但研究人員說，如果理論能夠?qū)崿F(xiàn)，那么我們就可在短短 20 年內(nèi)把太空船送到離太陽系最近的恒星：比鄰星（Proxima Centauri），全程僅使用光來推動加速太空船并使其達(dá)到相對論性速度，不需要燃料。比鄰星距離我們約 4 光年，太空船若靠現(xiàn)有技術(shù)去到那邊需要花上數(shù)萬年時間。

這篇新論文發(fā)表在《Nature Photonics》期刊。