牽引光束，實(shí)際上是一束高密度的引力子流，能產(chǎn)生高強(qiáng)度的引力波和引力場，將目標(biāo)物體吸引過來。2011年3月，研究人員研制的一種牽引波激光器能夠移動物體，未來有望能移動太空飛船。2013年1月，科學(xué)家已經(jīng)成功研制出可用于醫(yī)學(xué)檢測的牽引光束。
基本介紹
牽引光束是用一種設(shè)備遠(yuǎn)距離的將一個物體移動一段距離的方法。它通過科幻電視劇集《星艦迷航》而廣為人知。1990年代以來，科學(xué)家一直試圖在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)，但是研究進(jìn)展非常緩慢，而且還僅僅停留在微觀層面，例如用激光束牽引鹽粒大小的物體。實(shí)現(xiàn)牽引光束的一種方法是利用光子在路徑中碰到一個物體時會對物體施加一個力的原理。牽引光束指的是只要光束以一定角度射入，將形成一種逆向牽引力。這種牽引光束能利用激光移動大型物體，比如把火星探測車拖到飛船軌道。
澳大利亞國立大學(xué)研究人員僅使用光束，使玻璃顆粒在空氣中移動了至少5英尺（約1.5米），無論目標(biāo)尺寸還是移動距離，這都超過了當(dāng)前“光鑷”技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的上百倍。
研究發(fā)現(xiàn)
安德烈·羅德及其同事開發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)用空心激光束擊中目標(biāo)，再利用空氣溫差使目標(biāo)物體移動。被移動的玻璃制目標(biāo)物體，比“光鑷”常移動的細(xì)菌大上幾百倍，他們已使它移動了至少1.5米，這是（2010年）“光鑷”所能操控距離的100倍。而1.5米這個數(shù)字僅僅是因?yàn)槭軐?shí)驗(yàn)臺的尺寸限制，羅德相信將目標(biāo)物體移動30英尺以上（近10米）不成問題。
2012年10月，紐約大學(xué)兩位物理學(xué)家最新研制一項(xiàng)技術(shù)，使用光束牽引微粒朝向光束源，并聲稱現(xiàn)已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。紐約大學(xué)物理系軟質(zhì)材料研究中心的大衛(wèi)·格里爾教授和研究生大衛(wèi)·魯夫涅爾表示，他們已實(shí)現(xiàn)《星際迷航》中的牽引光束技術(shù)，但僅能在微米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
然而，這項(xiàng)技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用仍有一定的距離，他們最理想的實(shí)驗(yàn)效果是操控“激光鑷”牽引微粒物體在二維空間中實(shí)現(xiàn)微觀距離移動。
移動原理
研究人員研制的一種牽引波激光器能夠移動物體，未來有望能移動太空飛船。通過使用這種叫做貝塞耳（Bessel）的特殊激光器，他們稱能夠牽引較小的物體朝向目標(biāo)。他們將這種效應(yīng)比作鵝卵石在池塘中激起的漣漪，只要光束以一定角度射入，將形成一種逆向牽引力。
像這樣的裝置成功研制將是數(shù)十年以來一些科幻電影所期望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。在《星際迷航》中科學(xué)家通常使用亞空間或者由兩個光束形成的引力干涉，使物體向指定目標(biāo)位置移動。科學(xué)家意識到使用貝塞耳激光器產(chǎn)生的一種牽引光束可能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)突破，貝塞耳激光器擁有的特殊波長模式進(jìn)行工作。
他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)目標(biāo)物體遭受單射光束照射時，將以放射線的形式反彈，形成朝向目標(biāo)物體的一種推力，光線的確能夠牽引微粒，這將開啟光學(xué)微控制的一種新途徑，該典型實(shí)例可向后傳送微粒較長距離，并對微粒進(jìn)行排序分類。之前科學(xué)家也進(jìn)行過類似的嘗試，建立一種牽引光束加熱目標(biāo)物體周圍的空氣，從而使目標(biāo)物體出現(xiàn)移動。
應(yīng)用介紹
在實(shí)際范疇，建立在光輻射壓原理上利用光去移動物體并不新鮮，強(qiáng)大的“光鑷”已被廣泛地應(yīng)用于操作細(xì)胞，甚至是納米水平的物質(zhì)。安德烈·羅德及其同事開發(fā)的新系統(tǒng)能運(yùn)用空心激光束擊中目標(biāo)，再利用空氣溫差使目標(biāo)物體移動。
據(jù)研究人員說，被移動的玻璃制目標(biāo)物體，個兒頭比“光鑷”常移動的細(xì)菌大上幾百倍，他們已使它移動了至少1.5米，這是“光鑷”所能操控距離的100倍。
研究人員現(xiàn)已可通過改變激光亮度，使該玻璃顆粒移動的速度和方向做出改變。但該系統(tǒng)在操作中需要加熱空氣或其它氣體，因此現(xiàn)階段還不能在太空中大顯身手，令星戰(zhàn)迷們唏噓惋惜。不過它在地球上將用處非凡，如在各種生物研究中代替人手移走有害物質(zhì)。
現(xiàn)實(shí)版問世
2011年3月，研究人員已將科幻情節(jié)轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實(shí)，他們最新研制的一種牽引波激光器能夠移動物體，未來有望能移動太空飛船。
通過使用這種叫做“貝塞耳(Bessel)”的特殊激光器，他們稱能夠牽引較小的物體朝向目標(biāo)。
科學(xué)家意識到使用貝塞耳激光器產(chǎn)生的一種牽引光束 ? 可能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)突破。
另一項(xiàng)嘗試實(shí)驗(yàn)叫做“光學(xué)鑷子”——當(dāng)目標(biāo)物體陷入激光束范圍，并將它移動。通過使用貝塞耳激光器，牽引光束能夠產(chǎn)生一種漸進(jìn)牽引力，而不被中斷干擾。
研究人員警告稱，研究階段僅能實(shí)現(xiàn)移動小目標(biāo)物體，未來經(jīng)過不斷升級改造，當(dāng)該裝置足夠先進(jìn)時可移動整個太空飛船穿梭在空中。倫敦帝國理工學(xué)院先進(jìn)計算理論負(fù)責(zé)人奧特文-赫斯(Ortwin Hess)教授稱，這項(xiàng)工作非常“吸引人”，它是具有超前意識的新型裝備。
他時說：“它的工作狀態(tài)就像一艘船運(yùn)行在水面上，產(chǎn)生的渦流將是物體向上移動的動力，該區(qū)域就像是具有被后曳力牽引。船只具有一定的外形，會在兩側(cè)產(chǎn)生向后的渦流，按照這種方式，貝塞耳牽引波束將產(chǎn)生類似的機(jī)制。”
研究人員意識到這種情況出現(xiàn)在許多光學(xué)領(lǐng)域，當(dāng)作用力逆轉(zhuǎn)就成為太空參量。研究小組負(fù)責(zé)人托馬斯-賽馬斯博士表示，他們首次在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了生物醫(yī)學(xué)光子和其它領(lǐng)域的應(yīng)用性。
研究小組成員帕維爾-澤馬奈克說：“研究小組花費(fèi)了多年時間研究光線遷移不同結(jié)構(gòu)的微粒，我對實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常滿意，下一步將尋求新的體驗(yàn)和應(yīng)用。”
在過去十年里，光學(xué)分餾法被視為允許光學(xué)操作的最有前景生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如：有機(jī)高分子化合物、細(xì)胞器或者細(xì)胞。科學(xué)家鑒定在某些情況下，物體受“牽引光束”作用力，能夠重新組合排列成一定結(jié)構(gòu)，并使?fàn)恳馐印皬?qiáng)大”。
醫(yī)學(xué)檢測版
2013年1月，科學(xué)家已經(jīng)成功研制出可用于醫(yī)學(xué)檢測的牽引光束。研究人員表示，盡管光處理技術(shù)自從20世紀(jì)70年代就已經(jīng)存在，但這是首次利用光束把物體引向光源，只不做這是在微觀水平上實(shí)現(xiàn)的。
圣安德魯斯大學(xué)和捷克斯洛伐克科學(xué)儀器研究所(ISI)的科研組表示，他們制成的激光已經(jīng)能讓漂在水里的小球體移動。改變光的偏振方式，可以改變球體移動的方向。他們還發(fā)現(xiàn)，在特定大小時，這些球體在移動期間會自動整整齊齊地排成一行，在光的影響下跳躍前進(jìn)。這種技術(shù)有望促使更加有效的醫(yī)療檢測方法誕生，例如血樣檢查。通常情況下，當(dāng)物質(zhì)和光接觸時，固體物質(zhì)會被光束推開，并被光子流帶走。
參考資料 >