知识就是力量杂志藏文科普 | 利用光学镊子，或许可以在未来开启一场激光星际探险
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加州理工学院应用物理与材料科学教授哈里·阿特沃特（Harry Atwater）领导实验室的研究人员通过在物体表面创建特定的纳米级图案 ， 设计了一种仅使用光线去悬浮和推动物体的方法 。 虽然这项研究目前仍停留在理论层面 ， 但这意味着人们对新的太空推进方式的开发迈出了重要一步 。 理论上 ， 使用这种仅靠光能驱动和加速的技术的太空船可以在20年内到达最近的太阳系外行星 。
作为激光物理领域突破性发明的光学镊子（2018年获诺贝尔物理学奖） ， 能利用激光操纵微小的物体 ， 如纳米粒子 。 然而 ， 光学镊子只能在非常短的距离内操纵 ， 并且只能操纵非常小的物体 。 本研究的第一作者、博士后学者伊利奇（Ognjen Ilic）作了一个类比：“人们可以使用来自吹风机的稳定气流来悬浮乒乓球 。 但如果乒乓球太大 ， 或者距离吹风机太远 ， 这就不会起作用 。 ”
新研究的关键是在物体表面上创建特定的纳米级图案 。 这种图案会与光相互作用 ， 使物体在受到扰动时可以自行调整 ， 产生恢复性的扭矩 ， 从而使其保持在光束之中 。 有了这一特性 ， 光学镊子就不再需要高度聚焦的激光束 ， 只要激光“编码”了自身的稳定性 ， 光源甚至可以在数百万英里（1英里=1.609344千米）之外 。
“我们已经想出了一种可以悬浮宏观物体的方法 ， ”人工光合作用联合中心的主任阿特沃特说 ， “一个大胆有趣的应用就是使用这种技术来推动新一代的航天器 。 尽管目前距离实际应用还有很长的路要走 ， 但我们正在测试其原理 。 ”
理论上讲 ， 这种航天器可以用地球发出的激光加速 。 它无需携带燃料 ， 却可以持续加速 ， 使航天器最终将达到一个非常高的 ， 甚至是相对论级别的速度 ， 从而完全可以前往其他恒星 。
而传统火箭的速度受限于自身所携带燃料的重量 ， 燃料一旦耗尽 ， 火箭就无法继续加速 ， 这导致它们无法在合理的时间内实现星际旅行 。
除此之外 ， 阿特沃特还设想在地球上使用该技术 ， 以便能够快速制造更小的物体 ， 比如电路板 。
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激光推进纳米图案的概念图
作者/朱崇恺
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