引发这项新研究观点的契机是光钳(optical tweezers,也称光镊、光学镊子)——一种利用高度聚焦雷射束吸引或推开微小物体的科学仪器,这项技术已在生物学领域中大显身手,并且让物理学家 Arthur Ashkin 因此荣获 2018 年诺贝尔物理学奖;去年也有另一团队根据光钳相同原理,将技术转移到声学领域,开发出创新手术工具「声钳(acoustic tweezers)」。
图片来源:加州理工学院
不过光钳的最大缺点是只能在微观尺度上操纵物体,比如通常用来移动细胞或病毒颗粒,新研究第一作者、加州理工学院工程与应用科学系博士后研究员 Ognjen Ilic 对此形容,好比一台吹风机可以吹动一颗保丽龙球,但吹不动再大一点的乒乓球。
现在,加州理工学院团队提出了全新的「光子悬浮与推进系统」理论,基本上从微米级细胞到大型太空飞船都能操纵驾驭,新方法的祕诀是在物体表面上凿刻一些「特殊纹路」,这些纹路与光子相互作用后,使物体受到扰动时自行调整并产生回复力矩(restoring torque),以继续浮在光束上。
研究人员说,这代表物体不用依赖高度聚焦的光束也能保持稳定,甚至光源距离物体上千万公里远也能发挥作用。也因此,团队有一个很大胆的想法,就是将这种技术应用在新一代太空船推进系统。
虽然离梦想成真还有一段距离要走,理论也还没有在真实世界中测试过,但研究人员说,如果理论能够实现,那么我们就可在短短 20 年内把太空船送到离太阳系最近的恒星:比邻星(Proxima Centauri),全程仅使用光来推动加速太空船并使其达到相对论性速度,不需要燃料。比邻星距离我们约 4 光年,太空船若靠现有技术去到那边需要花上数万年时间。
这篇新论文发表在《Nature Photonics》期刊。