Ученые создали макроскопический притягивающий луч

Ученые создали макроскопический притягивающий луч

Притягивающие лучи имеют интуитивно понятный смысл. Материя и энергия взаимодействуют друг с другом бесчисленными способами по всей Вселенной. Магнетизм и гравитация — это естественные силы, которые могут притягивать объекты друг к другу, так что есть своего рода прецедент.

Но разработка настоящего притягивающего луча — это нечто иное.

Притягивающий луч — это устройство, которое может перемещать объект на расстоянии. Идея взята из научно-фантастического рассказа 1931 года под названием SpaceHounds of IPC 

Если бы научная фантастика могла что-то сказать об этом, притягивающие лучи уже были бы обычным явлением, и мы могли бы поблагодарить «Звездный путь» и «Звездные войны» за их распространение.

Но притягивающие лучи уже существуют, хотя их досягаемость микроскопична.

Микроскопические тяговые лучи используются в устройствах, называемых оптическими пинцетами. Оптические пинцеты используют лазеры для перемещения микроскопических объектов, таких как атомы и наночастицы. Они используются в биологии, нанотехнологиях и медицине.

Эти притягивающие лучи воздействуют на микроскопические объекты, но недостаточно сильны, чтобы притягивать более крупные макроскопические объекты.

Теперь группа исследователей успешно продемонстрировала макроскопический притягивающий луч. Они опубликовали статью, объясняющую их работу, в журнале Optics Express . Его название — « Макроскопическое лазерное вытягивание, основанное на силе Кнудсена в разреженном газе », а ведущий автор — Лей Ван из Университета науки и технологий Циндао в Китае.

«В предыдущих исследованиях сила притяжения света была слишком мала, чтобы тянуть макроскопический объект», — сказал Ван.

«С нашим новым подходом сила притяжения света имеет гораздо большую амплитуду. На самом деле, она более чем на три порядка больше, чем световое давление, используемое для управления солнечным парусом, который использует импульс фотонов для создания небольшого толкающего движения. сила."

Этот макроскопический притягивающий луч работает только в определенных лабораторных условиях, так что это демонстрация, а не практическая разработка. По крайней мере, пока.

Прежде всего, он работает со специально созданными вещами: макроскопическими объектами из композита графен-SiO 2 , которые исследователи построили для экспериментов.

Во-вторых, он работает в разреженной газовой среде, которая имеет гораздо более низкое давление, чем земная атмосфера. Хотя это ограничивает их эффективность здесь, на Земле, не в каждом мире такое высокое атмосферное давление, как на нашей планете.

«Наша методика обеспечивает бесконтактный метод вытягивания на большие расстояния, который может быть полезен для различных научных экспериментов», — сказал Ван.

«Среда разреженного газа, которую мы использовали для демонстрации техники, похожа на ту, что находится на Марсе . Следовательно, у нее может быть потенциал для управления транспортными средствами или самолетами на Марсе».

Их устройство работает по принципу газового отопления. Лазер нагревает составные объекты, но одна сторона горячее другой. Молекулы газа с обратной стороны получают больше энергии, которая притягивает объект. В сочетании с более низким давлением в среде разреженного газа объект движется.

Исследователи построили крутильное или вращающееся маятниковое устройство из их композитной структуры графен-SiO 2 , чтобы продемонстрировать явление лазерного вытягивания. Эта демонстрация сделала его видимым невооруженным глазом. Они использовали другое устройство для измерения эффекта.

«Мы обнаружили, что сила притяжения более чем на три порядка превышает световое давление», — сказал Ван. «Кроме того, вытягивание лазера повторяемо, а силу можно регулировать, изменяя мощность лазера».

В последние годы другие исследователи занимались притягивающими лучами со смешанными результатами. НАСА было заинтересовано в реализации идеи использования притягивающих лучей для сбора образцов с помощью наземного марсохода MSL Curiosity. Одним из инструментов Curiosity является ChemCam.

Он включает в себя лазер, который испаряет породу или реголит, а затем микровизор для спектроскопического измерения его компонентов. Но НАСА задалось вопросом, сможет ли притягивающий луч привлечь крошечные частицы из испарившегося образца в марсоход для более полного исследования.

В презентации НАСА NIAC от 2010 года говорилось: «Если бы технология притягивающего луча была включена в «ChemCam2» для втягивания частиц пыли и плазмы, притягивающие лучи могли бы добавить набор дополнительных научных возможностей:

  • лазерная десорбционная ионная спектроскопия
  • масс-спектрометрии
  • рамановская спектроскопия
  • Рентгенофлуоресценция».

В той же презентации говорилось, что притягивающие лучи можно использовать для сбора частиц из хвостов комет, ледяных шлейфов на Энцеладе и даже облаков в атмосфере Земли или других атмосферах.

Это никогда не материализовалось, но это иллюстрирует, насколько убедительна идея.

Это новое исследование дало интересные результаты, хотя и далеко от реальной практической реализации. Требуется много работы и инженерных разработок, прежде чем он хотя бы приблизится к практичности.

Во-первых, должна быть хорошо понятная теоретическая основа, описывающая, как эффект работает на объектах разных размеров и форм и с лазерами разной мощности в разных атмосферах.

Исследователи, конечно, знают об этом, но отмечают, что это все еще эффективная демонстрация осуществимости.

«Наша работа демонстрирует, что гибкое управление светом макроскопического объекта возможно, когда взаимодействия между светом, объектом и средой тщательно контролируются», — сказал Ван.

«Это также показывает сложность взаимодействия лазера с веществом и то, что многие явления далеки от понимания как на макро-, так и на микроуровне».

Важным моментом является то, что это исследование перемещает притягивающие лучи из микроскопического в макроскопическое. Это серьезный порог, который трудно переступить.

«Эта работа расширяет возможности оптического натяжения от микромасштаба до макромасштаба, что имеет большой потенциал в макромасштабных оптических манипуляциях», — пишут авторы в своем заключении.

Космические корабли вполне могут когда-нибудь использовать притягивающие лучи, но вряд ли они будут выглядеть так, как в научной фантастике. В фильмах « Звездные войны» , «Звездный путь » и «Гончие S» компании IPC используются притягивающие лучи в бою и конфликте.

Но на самом деле они могут оказаться ценными научными инструментами.


Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен

Поделись публикацией

Самые популярные публикации


Следи за нами в социальных сетях