光也能聽見？科學家用激光轟擊鏡子來聽光

鏡子，牆上的鏡子，光和物質到底是怎麼混在一起的？一段時間以來，科學家們都知道光有動量，並對它所撞擊的物體施加作用力。但是由於這個動量是如此之小，實驗還無法精確觀察它如何影響物質。為了尋找答案，一個國際研究小組在一項新的研究中求助於鏡子。該研究的第一作者、斯洛維尼亞盧布爾雅那大學機械工程系助理教授tomapoar在有趣的類比中引用了他創建並發送給Live Science的「白雪公主和七個小矮人」的比喻。他是這項研究的主要作者，也是斯洛維尼亞盧布爾雅那大學機械工程系的助理教授。

儘管poar和團隊並沒有與鏡子對話，但他們確實認真地傾聽了當它被一束光照射時的反應。將聲學感測器(工作原理類似於醫學超聲)安裝在裝有隔熱罩的鏡子上（加熱會產生彈性波，這會阻礙他們試圖研究的信號：動量產生的彈性波）。然後研究人員將激光束射入鏡子中，並使用聲學感測器來監聽光線照射到鏡子表面時產生的聲波，這就像鎚子砸碎了光。這些微小的波引起了「聲音」，即鏡子原子間的微小運動。最小的位移發現約40飛米，大約四倍大小的一個原子的核心。

在這個實驗中,科學家們只能測量光動力轉移到一個對象作為一個整體。但是這個新方法允許他們看到這個力是如何在整個材料中分布的。雖然先前的研究預測，光移動物質的沉積動力到不同的彈性波，現在有實驗證據表明。目前科學家有一些想法關於動量轉移從光材料。

1873年，蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)率先提出，光在其電磁場中攜帶動量。他的方程式和其他一些方程式構成了電磁學的基礎。每個人都同意電磁場的麥克斯韋方程」和定律說動量和能量是守恆。

但是不同的科學家對於光的力量是如何在整個物質中分布有他們自己的觀點。一個著名的例子就是所謂的亞伯拉罕-閔可夫斯基爭議，這是德國物理學家馬克斯-亞伯拉罕和德國數學家赫爾曼-閔可夫斯基之間的爭論。亞伯拉罕認為光子的動量應該與「折射率」成反比，「折射率」是一個描述光如何穿過物質的數字，而閔可夫斯基則認為它應該是直接相關的。雖然這項新研究還沒有確定哪種假設(如果有的話)是正確的，但研究人員希望對這種實驗方法進行微調，並在液體和其他材料中使用這種實驗方法，最終得出結論。

圖片：Shutterstock

Po?ar繼續在他的類比：白雪公主或邪惡的皇后嗎？是亞伯拉罕提出的形式主義嗎？也許是閔可夫斯基提出的？或者是愛因斯坦的名字，或者是一位無名科學家的名字，有朝一日會出現在所有教科書上？早在1619年，德國天文學家和數學家約翰尼斯·開普勒就提出彗星的尾巴似乎總是指向遠離太陽的方向，因為太陽的光線對它施加壓力。了解光動量背後的物理學很可能會讓開普勒激動不已，但它也會有一些實際的應用。例如光學鑷子可以優化到對微小的有機物體施加最小的力。或者可以製造大太陽帆，利用太陽的能量穿越銀河系。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature Communications》

文：Yasemin Saplakoglu/Live Science

DOI：doi.org/10.1038/s41467-018-05706-3

博科園-傳遞宇宙科學之美

閱讀原文進入可下載iOS或安卓App：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！