用光讓物體漂浮移動的新理論方法出現,能在 20 年內讓太空船走出太陽系

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 21 日 18:39 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

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



引發這項新研究觀點的契機是光鉗(optical tweezers,也稱光鑷、光學鑷子)──一種利用高度聚焦雷射束吸引或推開微小物體的科學儀器,這項技術已在生物學領域中大顯身手,並且讓物理學家 Arthur Ashkin 因此榮獲 2018 年諾貝爾物理學獎;去年也有另一團隊根據光鉗相同原理,將技術轉移到聲學領域,開發出創新手術工具「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胞或病毒顆粒,新研究第一作者、加州理工學院工程與應用科學系博士後研究員 Ognjen Ilic 對此形容,好比一台吹風機可以吹動一顆保麗龍球,但吹不動再大一點的乒乓球。

現在,加州理工學院團隊提出了全新的「光子懸浮與推進系統」理論,基本上從微米級細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後,使物體受到擾動時自行調整並產生回復力矩(restoring torque),以繼續浮在光束上。

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定,甚至光源距離物體上千萬公里遠也能發揮作用。也因此,團隊有一個很大膽的想法,就是將這種技術應用在新一代太空船推進系統。

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,如果理論能夠實現,那麼我們就可在短短 20 年內把太空船送到離太陽系最近的恆星:比鄰星(Proxima Centauri),全程僅使用光來推動加速太空船並使其達到相對論性速度,不需要燃料。比鄰星距離我們約 4 光年,太空船若靠現有技術去到那邊需要花上數萬年時間。

這篇新論文發表在《Nature Photonics》期刊。

(首圖來源:加州理工學院

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