科学家用激光抨击镜子听光

镜子，墙上的镜子，光和物质怎么混合在一起呢?

一段时间以来，科学家们已经知道，光线具有动量并对其所击中的任何物体施加力。但由于这种动力很小，实验无法准确地观察到它如何影响物质。

为了寻找答案，一组国际研究人员在一项新研究中转向了镜子。“镜子总是说实话，”该研究的主要作者，斯洛文尼亚卢布尔雅那大学机械工程系助理教授TomažPožar写了一篇引用“白雪公主和七个小矮人”的俏皮比喻创建并发送到Live Science。

虽然Požar和他的团队没有与镜子交谈，但他们确实倾听了当它被一束光击中时它的反应。他们将声学传感器(与医学超声波类似地工作)连接到配有隔热罩的镜子上。(加热会产生弹性波，阻碍他们试图研究的信号：动量产生的弹性波。)

然后，研究人员将激光束射入镜子，并使用声学传感器收听光线照射到地面时产生的波浪。“这就像是由光线制成的锤子粉碎，”Požar告诉Live Science。

这些微小的波浪引起了镜子原子中的“ 声音 ”或微小的运动。Požar说，他们发现的最小位移大约是40个飞秒，大约是原子核心尺寸的四倍。

Požar说，在这次实验之前，科学家们只能测量光线如何将动量传递给整个物体。但是这种新方法使他们能够看到这种力如何在整个材料中分布。Požar说，虽然先前的研究预测光通过将动量存入不同的弹性波来移动物质，但现在有实验证据证明它是这样的。

Požar说，目前，科学家们已经对动量如何从光传递到材料方面有了一些想法。

1873年，苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔(James Clerk Maxwell)首次提出光能在其电磁场中传播动力。他的方程式和其他一些方程式构成了电磁学的基础。Požar说：“每个人都同意麦克斯韦的电磁方程式”，并且说动量和能量都是守恒的。但不同的科学家对光的力量如何在整个物质中分布有自己的看法。

一个着名的例子是所谓的亚伯拉罕 - 闵可夫斯基争议，这是德国物理学家马克斯亚伯拉罕与德国数学家赫尔曼闵可夫斯基之间的争论。亚伯拉罕认为，光子的动量应该与“折射率”成反比关系，“折射率”是描述光如何穿过材料的数字，而闵可夫斯基建议它应该直接相关。

虽然这项新研究还没有确定哪个假设是正确的，但是研究人员希望能够在液体和其他材料中微调并使用这个实验程序来最终解决这个问题。

Požar继续他的比喻：是白雪公主还是邪恶女王?“这是亚伯拉罕提出的公式吗?也许是闵可夫斯基提出的公式?或者它是爱因斯坦的一个......还是一个匿名的科学家，他的名字将在所有教科书中出现?”

早在1619年，德国天文学家和数学家约翰内斯·开普勒就提出，彗星的尾巴似乎总是远离太阳，因为太阳的光线正在施加压力。

理解光动量背后的物理学很可能让开普勒激动不已，但它也会有一些实际应用。例如，光学镊子可以进行优化，以便对它们处理的微小有机物施加最小的力。或者可以创建大型太阳帆以在太阳的能量上穿过银河系。