加州理工学院科学家找到用光悬浮物体的方法

　　从一百万公里之外射来的光束，径直照在飞船的接收器上，在光的推动下，飞船迅速起步，掠入深空。
　　这本应是科幻小说中的场景，但加州理工学院的研究人员设计了一种方法，使得以光为动力的星际旅行，至少在理论上有点靠谱了。
　　研究人员通过在物体表面创建特定的纳米级图案，实现了只用光来悬浮和推动物体。
　　由加州理工学院工程与应用科学部 Harry A. Atwater 教授完成的这项工作，为研究光驱动航天器提供了理论基础。相关论文发表在 Nature Photonics 上。
　　图|在物体表面创建特定的纳米级图案，实现了只用光来悬浮和推动物体（图源：由Atwater实验室）
　　利用光来控制物体，在三十多年前就实现了。美国科学家 Arthur Ashkin 发明了光镊（optical tweezers）。
　　光镊，又被称为光学镊子或光钳，是一种通过高度聚焦激光束产生力（量级通常为皮牛顿级），并以此移动微小透明物体的装置。这种技术可以用于移动细胞或病毒颗粒，把细胞捏成各种形状，或者冷却原子。
　　由于光镊的力可以精准地直接作用于细胞甚至更小的目标，因此在生物学方面的应用变得越来越广泛。而 Arthur Ashkin 也因＂光学镊子及其在生物系统中的应用＂，在 96 岁时获得了 2018 年诺贝尔物理学奖，他也是迄今年龄最大的获奖者。
　　现在，研究人员通过这种新方法，将光束操纵物体的范围大大拓宽了，包括小到几微米、大到几米的许多不同形状和尺寸的物体。而这其中最关键的一点, 就是在物体表面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能够调整自身，从而产生一个恢复扭矩，使其保持在光束中。因此，物体不依赖于高度聚焦的激光束，其本身的纳米＂编码＂可以调整其稳定性。
　　从理论上讲，如果在航天器表面构建纳米级的图案＂编码＂，并由地球上的激光加速，那么航天器就可以达到很高的速度，甚至接近光速飞行，并有可能到达其他恒星。同时，在没有燃料推进的情况下，这种航天器可以由几百万公里以外的光源提供动力以及加速度，在 20 年内到达离地球最近的太阳系外行星。
　　加州理工学院人工光合作用联合中心的主任 Atwater 教授表示：＂我们已经提出了一种可以悬浮宏观物体的方法。＂这同时也带出一个大胆而有趣的应用设想，这种技术可能可以作为新一代航天器的推进手段。
　　但要想真正做到这一点，研究人员还有漫长的一段路要走。实际上，在悬浮实验中，这一方法受到的限制也很大。该论文的第一作者、加州理工学院博士后 Ognjen Ilic 就给出形象的比喻：＂吹风机吹出的稳定气流使乒乓球悬浮起来。但如果乒乓球太大，或者离吹风机太远，诸如此类的情况都不会发生。＂
　　目前研究人员正在测试光驱动飞行器的理论基础是否可靠。到目前为止，他们的工作在现实世界中仍未经过测试。
　　但这仍然是一个令人遐想的发现。想象一下，如果该理论得到证实，这项技术将使航天器以接近光速的速度推进，并为持续性的星际旅行开辟一个全新的可能性领域。
　　到那个时候，我们也许不再需要花很多时间精力在发射器，而只是需要一个巨大的手电筒。