真黑科技！中国科学家创造出了“牵引光束”！科幻成真？有些反常识啊 _科学家

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“随着一束光线落下，整个人都飞了起来，被拉进了上方的飞船。 ”这是只有在科幻电影中才能看见的画面，现在却正在被科学家们实现。

用光来牵引物体对于公众和科学家来说，都是一个令人激动的话题。虽然听起来有些反常识，但其实并非不可能。
自四百年前德国天文学家开普勒，试图理解彗星尾巴背离太阳的现象以来，人们就逐渐发现光其实也拥有能量和动量。

这一发现，启发了人们为外太空飞行器制作太阳帆的构想。也意味着光束可用于各种类型的光学操作，例如悬浮和旋转。
这不，中国研究人员就开发出了一种使用激光拉动宏观物体的方法，是激光牵引首次用于较大物体的案例之一。之所以这么说，是因为以前已经有不少微纳物体的光学牵引案例。
【真黑科技！中国科学家创造出了“牵引光束”！科幻成真？有些反常识啊】
在过去的几十年中，科学家已经在真空、气体介质和液体中实现了包括悬浮、推动和旋转在内的各种光学操作，其中最典型的方法要属“光镊”和“激光原子气体的冷却” 。
以光镊为例，顾名思义就是用光做的镊子。这是固定尺寸极小的物体，例如细菌、病毒等用以观察的重要工具。而这背后的原理其实并不复杂。

日常生活中，我们经常能看到光穿过玻璃、水等透明介质时会发生折射。而光也是拥有动量的，所以当其运动方向发生改变时，也就存在力的作用。

基于此，假设当一束激光通过玻璃小球的右侧并向左折射时，相当于光受到了一个向左的力，同时也给玻璃小球带去了一个向右的反作用力。

因此两束平行的光就能锁住玻璃小球，反之就能移动玻璃小球。甚至通过控制光线的焦点，还能将小球“吸”向光源方向。

于是基于此原理，在1987年，科学家无意中发现，可以用一束激光实现对细菌这样的活生命体的无损伤的三维捕获，自此基于激光的光镊技术诞生了。

但自上个世纪90年代以来，此类技术的研究进展非常缓慢，始终停留在微观层面。因此科学家们一直在研究新型的光学操作，基于动量传递和能量传递的物理原理，提出了多种光束牵引方案。
例如由中国研究人员于近期发表在《Optics Express》上的研究，就介绍了一种在稀薄气体中，激光对宏观物体的牵引方式，也是激光牵引首次用于较大物体的案例之一。

上图：激光可用于将宏观物体拉向它
为此，他们开发了一种石墨烯气凝胶/二氧化硅的双层复合结构，当用激光照射时，该结构在远离激光的一侧变热，产生一个反向的温度差。
这意味着该结构背离激光的一面的气体分子会收到更多的能量，并将物体推向光源。将这一点与稀薄气体环境的低气压相结合，研究人员能够获得足以移动宏观物体的激光拉力。

上图：激光拉力的测量原理
而为了获得更精确的数据，在实验中，研究人员选择使用轻质扭摆装置定性地描述了激光牵引现象，用重力摆装置测量了激光牵引力。并在真空室内进行，内部空气压力为5 Pa 。
在没有激光照射的情况下，扭摆不动。随后一束波长为532nm的连续高斯激光束，从右至左照射在石墨烯气凝胶/二氧化硅的双层复合结构的背面——二氧化硅层上。

上图：宏观激光拉动机理及扭摆实验装置

真黑科技！中国科学家创造出了“牵引光束”！科幻成真？有些反常识啊

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