光推动物体 科学家推敲这一奇特现象背后的理论

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光推动物体 科学家推敲这一奇特现象背后的理论
来源：北京科技报(07/04/06 00:00)

　　最近，科研人员将一束激光打入肥皂水中，制造出一道长长的水流，最终水流破碎成小水滴。这意味着科学家找到了仅依靠光的力量改变流体外形及控制流体流动的新途径。相关的研究结果刊载在3月30日的《物理评论快报》杂志上。

　　实现了用光的力量控制流体，是否意味着今后我们可以像隔空打物那样通过光子来控制物体？

　　使用激光可以移动单个的粒子，这是科研人员早已发现的现象。不过这一次，科学家们则首次用激光的力量控制了流体。

　　这项研究源于法国波尔多大学科学家吉恩·皮埃尔·德尔维勒做的一项实验。物理学家们知道激光的热度能够移动液体，但这项实验完成之后，德尔维勒却发现了一个奇异的、出人意料的结果：激光本身———而不是其热度———的确能够推动液体。

　　科学实验意外发现，激光能驱使流体变形

　　据了解，实验原本是试图在强度不大的激光照射下，观察相同流体的行为。被采用的流体是水油混合物，专家认为这基本上就是肥皂水，它们被置于毛细管内。所谓“毛细管”，其实就是内径很细的管子。通常情况下，它们的内径等于或小于1毫米，管径有的细如毛发。通常来说，流体在毛细管内是很难流动的。

　　德尔维勒做实验的想法很简单，他无非是想看看激光打开后会发生什么事情，这些肥皂水被激光照射后将会发生怎样的变化。这就好比一个驾车者试图在废弃的公路上，测试动力强大的汽车性能究竟怎样。

　　德尔维勒打开了激光，紧接着便看到了令人不可思议的一幕……

　　当以不同角度照射时，激光驱使流体变成了驼峰形状。更奇怪的是，将一束激光打入肥皂水中，还制造出一道长长的水流，最终水流破碎成小水滴。由于德尔维勒在光学研究方面拥有大量的经验，他意识到自己的发现十分奇特，但却百思不得其解。

　　这一奇特现象让美国教授温迪·张觉得十分奇怪，这位在芝加哥大学从事流体研究的教授，当时正巧被邀请参观波尔多大学物理实验室。张教授回到芝加哥后，便开始同本校研究生罗伯特·施罗尔一同推敲这一奇特现象背后的理论，他们的研究结果发表在3月30日的《物理评论快报》杂志上。

　　激光能够控制流体，那么理论上激光就可以控制液体

　　既然激光能够控制流体，是否意味着用激光就可以控制任意的液体呢？

　　中国科学院理论物理所研究员李淼认为，如果前者成立的话，那么后者从理论上说应该是没有问题的。

　　李淼告诉记者，流体顾名思义，就是流动的物体，它比通常所说的液体范围还要大一些。流体有两种定义，一种指的是有固定质量而没有固定形状的物体，如气体或液体；另外一种则是指一种物质承受任意大小的剪应力作用,会产生连续不断的变形，而这点与固体是不同的。“比如沥青，一般就不会将其称为液体，而是称为流体。”

　　据介绍，流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定、平衡位置的分子构成，它的基本特征是没有一定的形状，且具有流动性。流体都有一定的可压缩性，液体可压缩性很小，而气体的可压缩性较大。在流体的形状改变时，流体各层之间也存在一定的运动阻力（即黏滞性）。当流体的黏滞性和可压缩性很小时，可近似看作是理想流体，它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。

　　“既然流体的定义里包含有液体的含义，那么如果激光能够控制流体的话，理论上激光也可以控制液体。但实际上要做到这一点，是非常困难的。”李淼说。
　专家认为，光压小得可忽略不计，隔空打物不能实现

　　那么，除了激光以外，其他的光是否也有可能控制液体呢？对此，李淼认为，其他光肯定是无法做到的。

　　“光照在物体上也会施加一定的压力，而光对被照射物体单位面积上所施加的这种压力就叫光压。但是，光压的压强是非常小的，就好像你被太阳光照射，却很难感受到太阳光给你的压力一样，几乎可以忽略不计。”

　　李淼说，但实际上光线都会在我们身上产生微小的压力，这种现象称为辐射压力，它是由光子产生的，通常都不会被重视。

　　激光的基本特性却是其他光所不具有的。

　　据介绍，首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光之间互相隔离，使用时也是分开的。其次，激光是相干光，也就是说其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。

　　李淼认为，完全凭借光的压强来驱动流体非常困难。“我想可能是由于这些光子都处于同一个状态，跟流体那些粒子发生了一个集体的相互作用，不能完全靠压力实现控制流体。”

　　有人认为，实现用光的力量控制流体，也许意味着今后我们可以通过光子来控制东西，就像隔空打物那样。李淼认为，无论是理论还是实际，都无法做到。“光的压强如此之小，即使是激光，也几乎不可能用它来控制固体。”

　　延伸阅读

　　神奇的激光

　　“激光”，又称镭射，英文全名意为“受激发射的辐射光放大”。已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

　　激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致一门新兴产业的出现。

　　激光虽带有“光”字，然而，它却和普通的光截然不同。太阳光和电灯光通过一块三棱镜的时候，我们可以看到红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种颜色的光，其实，还有我们看不见的红外光和紫外光。而激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高比普通光的亮度高千万倍，甚至亿万倍。而且，由于激光可以控制，使光能量在空间和时间上高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热，具有很大的能量。