Rudolf Cole
0 
2238
53
Spejl, spejl på væggen, hvordan blandes lys og materie trods alt sammen?
Forskere har i et stykke tid vidst, at lyset har fart og udøver kraft på, hvad det rammer. Men fordi dette momentum er så lille, har eksperimenter ikke været i stand til at se nøjagtigt, hvordan det påvirker materien.
I søgning efter svar vendte en international gruppe forskere sig til spejle i en ny undersøgelse. "Spejlet fortæller altid sandheden," skrev Tomaž Požar, hovedforfatteren af studiet og adjunkt i afdelingen for maskinteknik ved universitetet i Ljubljana i Slovenien i den legende analogi med henvisning til "Snehvide og de syv dværge", at han oprettet og sendt til. [Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret]
Selvom Požar og hans team ikke havde en samtale med spejlet, lyttede de intenst til, hvordan det reagerede, da det blev ramt af en lysstråle. De monterede akustiske sensorer, der fungerer på samme måde som en medicinsk ultralyd, til et spejl udstyret med et varmeskjold. (Opvarmning kan skabe elastiske bølger, der ville hæmme det signal, de forsøgte at studere: de elastiske bølger, der er skabt af momentum.)
Derefter skød forskerne laserstråler ind i spejlet og brugte de akustiske sensorer til at lytte til de bølger, der blev skabt, når lys ramte overfladen. ”Det er som en hammernedslag lavet af lys,” fortalte Požar .
Disse små bølger forårsagede "lyde" eller små bevægelser blandt spejlet atomer. Den mindste forskydning, de fandt, var omkring 40 femtometers, hvilket er cirka fire gange så stort som kernen i et atom, sagde Požar.
Før dette eksperiment kunne forskere kun måle, hvordan lys ville overføre momentum til en genstand som helhed, sagde Požar. Men denne nye metode gjorde det muligt for dem at se, hvordan denne kraft er fordelt over hele materialet. Og selvom tidligere forskning forudsagde, at lys bevæger sig ved at deponere momentum i forskellige elastiske bølger, er der nu eksperimentelle bevis for, at det gør det, sagde Požar.
I øjeblikket har forskere en håndfuld ideer om, hvordan momentum overføres fra lys til et materiale, sagde Požar.
Den skotske fysiker James Clerk Maxwell var den første, der i 1873 foreslog, at lys bærer fart i dets elektromagnetiske felter. Hans ligninger sammen med et par andre danner grundlaget for elektromagnetisme. "Alle er enige i Maxwells ligninger af elektromagnetisme" og de love, der siger momentum og energi, er bevaret, sagde Požar. Men forskellige forskere har deres egne synspunkter på, hvordan lysstyrken er fordelt over materien.
Et berømt eksempel er den såkaldte Abraham-Minkowski-kontrovers, et argument mellem den tyske fysiker Max Abraham og den tyske matematiker Hermann Minkowski. Abraham foreslog, at et fotons momentum skulle være omvendt relateret til "brydningsindekset", et tal, der beskriver, hvordan lys bevæger sig gennem et materiale, mens Minkowski foreslog, at det skulle være direkte relateret.
Selvom den nye undersøgelse endnu ikke har bestemt, hvilken hypotese, hvis nogen var korrekt, håber forskerne at finjustere og bruge denne eksperimentelle procedure i flydende og andre materialer til at finde ud af det.
Požar fortsætter i sin analogi: er det snehvid eller den onde dronning? "Er det den formisme, som Abraham har foreslået? Måske den, der er foreslået af Minkowski? Eller er det den af Einstein ... Eller af en endnu anonym forsker, hvis navn [en] dag vil fremgå i alle lærebøger?"
Så langt tilbage som i 1619 antydede den tyske astronom og matematiker Johannes Kepler, at en komets hale tilsyneladende altid pegede væk fra solen, fordi solens lys udøvede pres på det.
At forstå fysikken bag let momentum ville sandsynligvis have begejstret Kepler, men det ville også have nogle praktiske anvendelser. For eksempel kunne optiske pincet optimeres for at udøve den mindst kræft på de små, organiske genstande, de håndterer. Eller store solsejl kunne oprettes for at sejle gennem galaksen på solens energi.
Forskerne rapporterede deres fund 21. august i tidsskriftet Nature Communications.
Oprindeligt offentliggjort den .