Fysiker kan beräkna den kraft som ljuset utövar på materien

Under en lång tid, ungefär 150 år eller så, har våra forskare vetat det ljus utövar tryck på den materia som den interagerar med. Tyvärr och uppenbarligen så har det officiellt publicerats, hittills visste vi inte en metod med vilken vi kunde mäta denna kraft.

Problemet bakom all denna forskning är att en foton som sådan inte har någon massa, men den har fart och, som du antagligen tänker, utövar denna momentum en kraft på det objekt som den interagerar med. Denna hypotes formulerades omkring 1619 av den tyska astronomen och matematikern Johannes Kepler.

Keppler var den första som pratade om det tryck som ljuset utövar på materien

När vi går lite mer i detalj, särskilt om du vill konsultera denna teori, formuleras den i avhandlingen Av Cometi och tack vare samma Johannes Kepler kunde förklara anledningen till att solljuset är orsaken, när man utövar tryck, att svansen på vilken komet som helst rör sig alltid bort från solens plats.

Intressant nog var det först 1873 att den skotska fysikern James Clerk Maxwell formulerade sig En avhandling om elektricitet och magnetism att detta berodde på impuls. I deras studie antogs det att ljuset måste vara en form av elektromagnetisk strålning som bär fart och utövar tryck. Som en detalj, säg att detta arbete tjänade som en grundläggande grund för Einsteins senare relativitetsarbete.

Som ingenjören nyligen kommenterade Kenneth chau från Okanagan-campus vid University of British Columbia (Kanada):

Hittills hade vi inte bestämt hur denna drivkraft förvandlas till kraft eller rörelse. Allt beror på att mängden impuls som bärs av ljus är mycket liten och att vi inte har tillräckligt känslig utrustning för att lösa detta problem.

För tillfället har människan inte den nödvändiga tekniken för att direkt mäta impulsen som utövas av ljus när den träffar ett objekt

Eftersom vi på teknisk nivå inte har den nödvändiga tekniken för att mäta denna impuls bestämde teamet av fysiker och ingenjörer att bygga en enhet som gjorde användning av en spegel för att mäta strålningen som utövas av fotoner. Tanken är att skjuta laserpulser mot spegeln så att den returnerar en serie elastiska vågor som rör sig över dess yta och detekteras av en serie akustiska sensorer.

Med orden av Kenneth chau:

Vi kan inte direkt mäta fotonets ögonblick, så vårt tillvägagångssätt var att upptäcka dess effekt i en spegel. 'lyssnandede elastiska vågorna som gick igenom den. Vi kunde spåra egenskaperna hos dessa vågor ner till kraften som ligger i själva ljuspulsen, vilket öppnar dörren för att äntligen definiera och modellera hur ljusets momentum existerar i material.

Det finns fortfarande mycket arbete framåt, även om de möjligheter som denna forskning erbjuder är många

För närvarande finns det fortfarande mycket arbete att göra för att veta med säkerhet hur långt en utredning som denna kan ta oss, även om den enligt de människor som arbetar i den kan tjäna till förbättra solsejlstekniken, en framdrivningsmetod utan motor för rymdfarkoster som exakt skulle använda trycket som utövas av solens strålning på seglet istället för vind.

Å andra sidan kan vi med säkerhet veta det tryck som ljuset kan erbjuda på föremålet som det faller på få bättre optiska pincetter, en metod som används idag för att fånga och manipulera otroligt små partiklar. För att få en uppfattning om storleken som manipuleras med denna teknik, berätta att vi talar om skalor för en enda atom.

Genom Kenneth chau:

Vi är inte där än, men upptäckten i detta arbete är ett viktigt steg och jag är glad att se vart det tar oss nästa.