Ученые создали макроскопический притягивающий луч с помощью лазерного излучения
Притягивающие лучи интуитивно понятны. Материя и энергия взаимодействуют друг с другом бесчисленными способами по всей Вселенной. Магнетизм и гравитация — это естественные силы, которые могут притягивать объекты друг к другу, так что есть своего рода прецедент.
Но создание настоящего притягивающего луча — это нечто другое.
Притягивающий луч — это устройство. который может перемещать объект на расстоянии. Идея взята из научно-фантастического рассказа 1931 года под названием Космические гончие IPC:
Бронкс подбодрил меня. У Титанианцев был тракторный луч целую вечность — он прислал мне на него полную дурь — и у юпитерианцев есть и то, и другое. Мы получим их через три дня, и должно быть довольно просто заглушить и противоположность тягача — толкатель или прижимной луч.»
Если бы научная фантастика могла что-то сказать об этом, притягивающие лучи уже были бы обычным явлением, и мы могли бы поблагодарить Звездный путь и Звездные войны за их распространение.
Но притягивающие лучи уже существуют, хотя их досягаемость лишь микроскопическая.
Микроскопические притягивающие лучи используются в устройствах, называемых оптическими пинцетами. Оптические пинцеты используют лазеры для перемещения микроскопических объектов, таких как атомы и наночастицы. Они используются в биологии, нанотехнологиях и медицине.
Эти притягивающие лучи воздействуют на микроскопические объекты, но недостаточно сильны, чтобы тянуть более крупные макроскопические объекты.
Теперь команда из исследователи успешно продемонстрировали макроскопический притягивающий луч. Они опубликовали статью с объяснением своей работы в журнале Optics Express. Его название — «Макроскопическое лазерное вытягивание, основанное на силе Кнудсена в разреженном газе», а ведущим автором является Лэй Ван из Университета науки и технологии Циндао в Китае.
«В предыдущих исследованиях вытягивание света сила была слишком мала, чтобы тянуть макроскопический объект, — сказал Ван.
«С нашим новым подходом сила притяжения света имеет гораздо большую амплитуду. Фактически, она более чем на три порядка больше, чем световое давление, используемое для управления солнечным парусом, который использует импульс фотонов для создания небольшой толкающей силы.»
Этот макроскопический притягивающий луч работает только в определенных лабораторных условиях, так что это демонстрация, а не практическая разработка. По крайней мере, пока.
Во-первых, он работает со специально созданными вещами: макроскопическими объектами из композита графен-SiO2, которые исследователи построили для экспериментов.
Во-вторых, он работает в разреженной газовой среде, давление в которой намного ниже, чем в атмосфере Земли. Хотя это ограничивает их эффективность здесь, на Земле, атмосферное давление не во всех мирах такое же, как на нашей планете.
«Наша методика обеспечивает бесконтактный метод вытягивания на большие расстояния, который может быть полезен для различных научных исследований. Эксперименты», — сказал Ван.
«Среда разреженного газа, которую мы использовали для демонстрации техники, похожа на ту, что находится на Марсе. Следовательно, у нее может быть потенциал для управления транспортными средствами или самолетами на Марсе. «
Их устройство работает по принципу газового отопления. Лазер нагревает составные объекты, но одна сторона горячее другой. Молекулы газа с обратной стороны получают больше энергии, которая притягивает объект. В сочетании с более низким давлением в среде разреженного газа объект движется.
Исследователи построили крутильное – или вращающееся – маятниковое устройство, сделанное из их композитной структуры графен-SiO2, чтобы продемонстрировать явление лазерного вытягивания. Эта демонстрация сделала его видимым невооруженным глазом. Они использовали другое устройство для измерения эффекта.
«Мы обнаружили, что притягивающая сила более чем на три порядка превышает световое давление», — сказал Ван. «Кроме того, притяжение лазера повторяемо, а силу можно регулировать, изменяя мощность лазера».
В последние годы другие исследователи занимались притягивающими лучами со смешанными результатами. НАСА было заинтересовано в реализации идеи использования притягивающих лучей для сбора образцов с помощью наземного марсохода MSL Curiosity. Одним из инструментов Curiosity является ChemCam.
Он включает в себя лазер, который испаряет камень или реголит, а затем микровизор для спектроскопического измерения его компонентов. Но НАСА задалось вопросом, сможет ли притягивающий луч привлечь крошечные частицы из испарившегося образца в ровер для более полного исследования.
В презентации НАСА NIAC от 2010 года говорилось: «Если технология притягивающего луча была включена в «ChemCam2 ‘ чтобы втягивать частицы пыли и плазмы, притягивающие лучи могут добавить набор дополнительных научных возможностей:
- лазерная десорбционная ионная спектроскопия
- масс-спектрометрия
- Рамановская спектроскопия
- Рентгеновская флуоресценция»
В той же презентации говорилось, что притягивающие лучи можно использовать для сбора частиц из хвостов комет, ледяных шлейфов на Энцеладе и даже облаков. в атмосфере Земли или других атмосферах.
Это так и не было реализовано, но показывает, насколько привлекательной является идея.
Это новое исследование дало интересные результаты, хотя и близко не к реальной практической реализации. Требуется много работы и инженерных разработок, прежде чем он хотя бы приблизится к практичности.
Во-первых, должна быть хорошо понятная теоретическая основа, описывающая, как эффект работает на объектах разных размеров и форм и с лазеры разной мощности в разных атмосферах.
Исследователи это, конечно, знают, но отмечают, что это все еще эффективная демонстрация осуществимости.
«Наша работа демонстрирует, что гибкое управление светом Макроскопический объект возможен, когда взаимодействия между светом, объектом и средой тщательно контролируются», — сказал Ван.
«Это также показывает сложность взаимодействия лазера с веществом и то, что многие явления далеки от быть понятным как в макро-, так и в микромасштабах».
Важным моментом является то, что это исследование перемещает притягивающие лучи из микроскопического в макроскопическое. Это значительный порог, который трудно перешагнуть.
«Эта работа расширяет возможности оптического притяжения от микромасштаба до макромасштаба, что имеет большой потенциал в макромасштабных оптических манипуляциях», – пишут авторы в своем заключении.
>
В будущем космические корабли вполне могут использовать притягивающие лучи, но вряд ли они будут выглядеть так, как в научной фантастике. В Звездных войнах, Звездном пути и SPacehounds of IPC используются притягивающие лучи в бою и конфликте.
Но в на самом деле они могут оказаться ценными научными инструментами.
Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.
