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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