Cameron Merritt
0 
3399
785
Speil, speil på veggen, hvordan blander lys og materie seg tross alt?
Forskere har visst en stund at lyset har fart og utøver kraft på hva det treffer. Men fordi dette momentumet er så lite, har eksperimenter ikke klart å observere nøyaktig hvordan det påvirker saken.
På leting etter svar henvendte en internasjonal gruppe forskere seg til speil i en ny studie. "Speilet forteller alltid sannheten," skrev Tomaž Požar, hovedforfatteren av studien og assistentprofessor ved institutt for maskinteknikk ved Universitetet i Ljubljana i Slovenia i den lekne analogien med henvisning til "Snow White and the Seven Dwarfs" at han opprettet og sendt til. [Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart]
Selv om Požar og teamet hans ikke hadde en samtale med speilet, hørte de intenst på hvordan det reagerte da det ble truffet med en lysstråle. De festet akustiske sensorer, som fungerer på samme måte som medisinsk ultralyd, til et speil utstyrt med varmeskjold. (Oppvarming kan skape elastiske bølger som ville hemme signalet de prøvde å studere: de elastiske bølgene som ble skapt av fart.)
Deretter skjøt forskerne laserstråler i speilet og brukte de akustiske sensorene for å lytte til bølgene som ble skapt når lys traff overflaten. "Det er som en hammerkross laget av lys," fortalte Požar .
Disse bittesmå bølgene forårsaket "lyder" eller små bevegelser blant speilets atomer. Den minste forskyvningen de fant var rundt 40 femtometers, som er omtrent fire ganger så stor som kjernen i et atom, sa Požar.
Før dette eksperimentet kunne forskere bare måle hvordan lys ville overføre fart til en gjenstand som helhet, sa Požar. Men denne nye metoden lot dem se hvordan denne styrken er fordelt over hele materialet. Og selv om tidligere forskning spådde at lys beveger materie ved å deponere momentum i forskjellige elastiske bølger, er det nå eksperimentelle bevis for at det gjør det, sa Požar.
For tiden har forskere en håndfull ideer om hvordan momentum overføres fra lys til et materiale, sa Požar.
Den skotske fysikeren James Clerk Maxwell var den første som foreslo, i 1873, at lys bærer fart i sine elektromagnetiske felt. Ligningene hans sammen med noen få andre danner grunnlaget for elektromagnetisme. "Alle er enige i Maxwells likninger av elektromagnetisme" og lovene som sier at fart og energi er bevart, sa Požar. Men forskjellige forskere har sine egne synspunkter på hvordan lysstyrken er fordelt over materien.
Et kjent eksempel er den såkalte Abraham-Minkowski-kontroversen, et argument mellom den tyske fysikeren Max Abraham og den tyske matematikeren Hermann Minkowski. Abraham foreslo at et fotons momentum skulle være omvendt relatert til "brytningsindeksen", et tall som beskriver hvordan lys beveger seg gjennom et materiale, mens Minkowski foreslo at det burde være direkte relatert.
Selv om den nye studien ennå ikke har bestemt hvilken hypotese som var riktig, håper forskerne å finjustere og bruke denne eksperimentelle prosedyren i flytende og andre materialer for å finne ut av det.
Požar fortsetter i sin analogi: er det snøhvit eller den onde dronningen? "Er det formuleringen som er foreslått av Abraham? Kanskje den som er foreslått av Minkowski? Eller er den den av Einstein ... Eller av en ennå anonym forsker hvis navn [en] dag vil vises i alle lærebøker?"
Så langt tilbake som i 1619 antydet den tyske astronomen og matematikeren Johannes Kepler at halen til en komet så ut til å alltid peke bort fra solen fordi solens lys utøvde press på den.
Å forstå fysikken bak lett momentum ville mest sannsynlig begeistret Kepler, men det vil også ha noen praktiske anvendelser. For eksempel kan optiske pinsetter optimaliseres for å utøve minst mulig kraft på de bittesmå, organiske objektene de håndterer. Eller store solseil kunne lages for å seile gjennom galaksen på solens energi.
Forskerne rapporterte om funnene sine 21. august i tidsskriftet Nature Communications.
Opprinnelig publisert på .