手电筒可以在太空飞行？能用光子作动力吗？

　　人类的航天事业从上世纪开始，至今也有七八十年了，我们发射过人造地球卫星，也在地球轨道上也组装过空间站，甚至人类还亲身涉足过月球，然而无一例外的是，这些航天器在进入太空前，都要靠化学火箭将其从地球表面发射升空。
　　那么我们能否用光子作为动力呢？
　　如果可行的话，那是否说明假设我们丢一个手电筒进入太空，手电筒凭借自身发出的光，就能在太空飞行了？
　　在我们的日常观念中，这样的想法犹如天方夜谭一般不切实际，毕竟谁没用过手电筒呢，但有谁会说：我感到了手电筒对我的反冲？甚至有人还会说，如果光子能作为动力，那岂不是我带上一堆手电筒就能在宇宙翱翔了？
　　实际上从物理角度，光子的确可以作为动力来源，因为光子是具有动量的。
　　在这个层面上，它与我们火箭升天的原理并无二样，火箭点火后，大量燃料剧烈燃烧，产生的高温气体向后喷出，考虑到系统的动量守恒，由于那部分喷出去的高温气体携带动量，因此火箭主体也要产生一个等大反向的动量，这才能维持系统的动量守恒，所以火箭主体就必须产生一个与高温气体相反方向的速度，于是火箭就这样升空了。
　　同样的过程依旧适用于光子，就以手电筒为例子，假设我们乘坐太空飞船进入遥远的深空，来到一处四周极其空旷的宇宙空间（这样一来就可以排除天体引力的影响），此时我们将手电筒放入太空，注意不要扔出去，要保持一个和宇宙飞船相对静止的状态。
　　之后我们遥控打开手电筒，电路一通，灯泡被电流点亮，数不清的光子被发射出来，每一个光子的速度都一致为每秒30万公里（精确值为299792.458千米每秒），在灯罩的作用下，这群光子被大致聚集到一个方向上飞行（也就是从手电筒中发射进太空了）。
　　那么光子的动量如何计算呢？
　　有人说了，按照动量公式p=mv，v是光速，m是光子质量，那么光子质量哪里来呢？这时候我们就要用到一个量子论的结论，光量子的能量等于普朗克常数与光子频率的乘积，也就是E=hv，在考虑到爱因斯坦的质能方程E=mc平方，二者相结合，就能得到光子的相对论质量，之后再代入动量公式，就能算出单个光子的动量。
　　那么所有光子所带来的总动量就是光子数量与光子能量的乘积，按理说进行到这一步，已经证明了光子的确是可以作为动力来源的，然而有些朋友则更加好奇的是光子数量怎么来呢？
　　对于手电筒，电能与光能之间的转化率我们是清楚的，发射出的光子平均能量也很容易知道，最后只要用总光能除上光子平均能量就能得到光子数量。实际上只要知道这些基本信息之后，我们就可以很容易的计算出手电筒的推力、加速度、速度等相关信息
　　但遗憾的是，虽然光子具有动量，理论上是可以用于航天器的飞行环节的，但可惜的是光子提供的动力实在是太小了，只能用于外太空以及额外引力影响很弱的情况下，实际价值并不大（除非研发出一个专门的光子引擎，发射高能光子或者是具有非常接近光速的带电粒子流）。
　　虽然暂时我们无法用它来作为火箭动力，但这并不意味着它真的一无是处。下面就举个早在上世纪科学家就提出的一个设想——＂光帆＂
　　光帆和风帆类似，后者依靠风力驱动船只前行，而光帆则是利用光来驱动航天器前行。
　　光帆和之前我们说的光子动力的唯一区别就是：前者依靠的是外界光子不断撞击＂帆布＂，从而获得前进的动力，而后者是依靠自身的引擎主动产生光子。
　　但不论是主动发射光子，还是被动接受光子的撞击，这两种途径所产生的的推力都极其有限，因此只能应用于航天器处于外太空微重力的环境下使用，但这并不妨碍光帆的实际应用。
　　2016年，俄罗斯的一位亿万富翁联合著名物理学家霍金，宣布启动一项名为＂突破摄星＂的太空探索计划，准备研制出一款能够被光子驱动的微型光帆探测器（单个探测器的质量是以＂克＂为单位），前往比邻星进行探索。
　　值得注意的是，这款光帆依靠的并不是我们的太阳光，而是在地表建设一个激光阵列，用来给光帆探测器加速，如果一切顺利的话，当光帆探测器被发射进太空后，在激光的驱动下，光帆探测器的最终速度将达到光速的20%，也就是每秒6万公里左右（这要求地表的激光阵列具有强大的功率，目前是否能造出来，要打个问号）
　　相比于人类现有的航天器，不论是用于起步的火箭，还是那些已经飞离地球很远的深空探测器，光帆探测器的速度都要远远大于它们，之后光帆探测器将会前往距离地球4.2光年之外的比邻星，预计耗费时间是20年。
　　虽然这项计划已经宣布启动了好几年，但最后是否真的能如期进行还是得打个问号的，毕竟理论变为实际，中间还是存在很多困难的。而且在＂突破摄星＂这项计划前，人类也尝试了很多次光帆航天器的实验，但都是局限在太阳系以内，并且实际上运行成功的光帆航天器并不多。
　　总的来说，由于光子具备动量，理论上是完全可以作为航天器在太空环境下的动力来源，但想要实现强大推力，还是非常困难的，因此这项应用目前顶多只能以辅助动力形式出现
　　而光帆航天器，或许它是现阶段人类最有可能实现真正星际探索的手段，希望＂突破摄星＂计划不要又是一张空头支票吧。
　　本篇文章的内容到此结束。
　　谢谢各位阅读！
　　以后还会不断更新精心准备的通俗科普长文！期待您的点评和关注哦！