【科技】亦推亦拉，恰见光的温柔——中以物理学家首次找到光的推拉力证据

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一百多年来，科学家们一直在讨论光通过油和水等介质后是拉还是推进该介质的问题吗？ 在很多实验中发现光会产生拉伸力，但没有充分说明这一点的证据。

现在，以色列魏兹曼科学研究所和中国中山大学的联合研究小组首次找到了光施加拉力的证据。 光和流体介质的相互作用证明了如果光能使流体运动，它就会给予推力。 否则，会受到拉力。 这项研究成果刊登在最近的《新物理学》杂志上。

推还是拉

从历史语境来看，对光压性质和运动量的讨论可以追溯到1908年。 当时四维时空理论的创始人、数学家赫尔曼·闵科夫斯基(曾经是有名的物理学家爱因斯坦老师)预测光会给人以拉力。 1909年，物理学家马克斯·亚伯拉罕的预测正好相反，他认为光给了他推力。

亚伯拉罕是对的还是闵科夫斯基是对的？ 关于光在物质中的动量问题，科学家争论了一个多世纪。

这个联合研究小组的研究者说，光的运动量不是基本量，而是光和物质相互作用的结果，其性质最依赖于光移动物质的能力。 如果物质不动，明科夫斯基说的。如果物质动了，那就是亚伯拉罕说的情况。 这以前不能理解。

据物理学家组织网报道，研究者最近通过观察一束光照射在液体表面上，液体表面上升还是下降的实验，说明了区分这两种不同类型的压力的方法。

如果液体表面隆起，光吸引液体就和闵科夫斯基的理论一致。 如果液体的表面凹陷，光就在推进液体，这和亚伯拉罕的理论一致。 这两个理论的预测在空无一物的空间(折射率为1 )中一致，折射率大于1的任何介质都不同。

光最初是有动力的

新的研究发现，科学家们使用宽光束和比较大的容器时，光产生推力，介质表面向内弯曲。 研究者在折射率不同的水和油中显示了这种推力，这与亚伯拉罕的理论一致。

以前的实验表明，光有拉力。 他们采用的光束很窄，容器也更小。 这次，研究者改进了以往的实验，采用了更窄的光束，同样显示出牵引力，与以往的研究结果一致。 这表明力的性质不仅与光有关，也与流体有关。

为什么光有运动量？ 研究者们解释说，光的运动量与其能量略有不同，可以理解为斯诺克台球这样的压力引起的运动。 在台球游戏中，选手打一个球，然后这个球打另一个球，引起连续的冲突。 这是选手第一次打的运动量引起了所有球的运动。 光也像台球一样打接触的物质，但这些打击力极其微小。

但是，根据情况，光的打击有明显的效果，彗尾是典型的例子。 从前，天文学家约翰尼斯·开普勒推测彗星的尾巴是由光使彗星物质推移引起的。 我们现在知道他说的部分是对的。 太阳风是陀螺尾部形成的另一要素。

光动量开发应用

研究人员说，只有在光没有完全反射到介质上，至少有一部分通过了该介质的情况下，讨论光的动量挤压和吸引的性质是有意义的。 如果光完全被镜子和彗星的尘埃粒子反射，由于入射光和反射光的运动量简单平衡，所以没有光运动量的概念问题。 但是，如果一部分光透过物质中，就会有问题，透过光会影响运动量的净平衡。 亚伯拉罕理论中的动量不平衡引起光的推力，在闵科夫斯基理论中是拉力。

这个发现在理论上和实践上都有重要的作用。 理论上，研究结果有助于科学家更好地理解光的性质。 科学家们很早就知道光有能量和动量，通过普朗克常数和光波频率来量化光的能量，但很难描述光的动量。 介质的折射率增加时，光的动量增加或减少吗？ 研究结果表明，答案取决于光能否移动流体:如果可能，光的动量会减少，表现为亚伯拉罕理论中的推力。 否则，如果光的动量增加，就会产生闵可夫斯基理论中的拉伸力。

事实上，这种差异也被说明是非常有用的，科学家们开始开发利用光动量的应用程序。 例如惯性约束融合，即利用光的运动量点燃核聚变，物理学家利用光和偏转镜之间的运动量交换冷却反射镜，在也可以成为量子力学的基态的生物医学和纳米工程的应用中，光动量也是光镊 研究者希望今后能更好地理解光的动量性质以推动这些行业的迅速发展。