光的動量首次被測量，有望為太空旅行帶來革命性突破

科技日報記者 劉霞

據物理學家組織網21日報道，光具有動量的想法並不新鮮，但光與物質如何相互作用的確切性質在近150年來一直是個未解之謎。一個國際科研團隊在近日出版的《自然·通訊》雜誌上公布了首次測量光動量的新技術，這項突破不僅有助於揭示這一謎團，也可能為太空旅行帶來革命性突破。

德國著名天王學家、數學家約翰內斯·開普勒於1619年首次提出，來自太陽光的壓力可能決定了彗星的尾巴總是指向遠離太陽的方向。1873年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾預測，輻射壓力是由光的電磁場中的動量產生的。動量是與物體的質量和速度相關的物理量，指運動物體的作用效果。

最新研究合作者、加拿大不列顛哥倫比亞大學奧卡納甘校區工程學教授肯尼思·周（音譯）說：「我們之前一直沒有確定這種動量是如何轉化為力或運動的。因為光攜帶的動量非常小，所以，我們沒有足夠靈敏的設備來解決這一問題。」

在新研究中，他和來自斯洛維尼亞和巴西的科學家設計了一種新裝置來測量光子之間微弱的相互作用。

他們製作了一面配備聲學感測器和的隔熱層（能將干擾和背景噪音降至最低）的鏡子。然後，朝鏡子發射激光脈衝，並使用聲學感測器來探測激光穿過鏡子表面時產生的彈性波，「就像觀察池塘里的漣漪」。

肯尼思·周說：「我們不能直接測量光子的動量，因此，我們另闢蹊徑：通過『聆聽』穿過鏡子的彈性波來探測它們對鏡子的影響。我們能藉由這些波的特徵追蹤到光脈衝本身的動量，這為最終界定和模擬光動量如何存在於物質內部打開了大門。」

研究人員說，新發現有助於他們進一步了解光的基本特性。此外，對輻射壓力的理解也可以應用於諸多領域。

肯尼思·周說：「想像一下乘坐由太陽帆驅動的星際遊艇前往遙遠的星球；或在地球上研發可組裝微型機器的光學鑷子。目前，我們還沒有走到那一步，但新發現是重要的一步。」

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