吾布拉型?阿不都瓦斯提

摘要：光壓是射在物體上的光所產(chǎn)生的壓力.由于光是由光子構(gòu)成的.它由沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量但有動(dòng)量的光子構(gòu)成的，當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí)，可以像從墻上反彈回來(lái)的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的作用及壓力.本文討論光壓在現(xiàn)代技術(shù)上的一些應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光壓；光子；光子能量；能量傳遞

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2016）02-0273-01

1873年英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋創(chuàng)立了電磁理論.他指出光的本質(zhì)是一種電磁波.他還預(yù)言：光射到物質(zhì)表面時(shí)，將對(duì)這個(gè)物體的表面施加壓力，光有一定的壓力。

到了1887赫茲由實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)了麥克斯韋的電磁理論.同時(shí)卻又發(fā)現(xiàn)了能直接的得出了對(duì)光的粒子性描述的光電效應(yīng).在1899年，俄國(guó)物理學(xué)家列別捷夫用實(shí)驗(yàn)測(cè)得了光壓，證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)言.到了1905年愛(ài)因斯坦發(fā)表了光子假設(shè)有進(jìn)一步說(shuō)明了光壓存在的合理性。

這就是它們?cè)趩挝粫r(shí)間內(nèi)傳遞給物體單位面積上的動(dòng)量，即光壓。

按照愛(ài)因斯坦的光子假說(shuō)和上面的光壓計(jì)算可以知道光壓實(shí)光對(duì)被照射物體單位面積上所施加的壓力，也成為輻射壓強(qiáng).早在1748年歐拉就指出光壓得存在，這后英國(guó)物理學(xué)家麥克斯維首先用電磁場(chǎng)理論退證出來(lái)，并計(jì)算清甜的太陽(yáng)對(duì)一平方米的黑體（能夠完全吸收入射電磁波的理想物體）表面的壓力為4.7×10-6N.距強(qiáng)度為100萬(wàn)燭光的光源1m處的鏡面上，所受到的可見(jiàn)光的光壓只有10-5N/m.

從上面的數(shù)據(jù)我們可以知道光壓是很小的，所以我們只能感覺(jué)發(fā)暖，亦有壓力.只是因?yàn)楦杏X(jué)器官的限制而感覺(jué)不到.所以人們剛開(kāi)始覺(jué)得光壓很小而沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用.那么光壓確實(shí)沒(méi)有應(yīng)用嗎？

2.光壓的應(yīng)用

著名的天文學(xué)家開(kāi)普勒在400年前就曾設(shè)想不要帶任何能源，緊緊依靠太陽(yáng)能就可以設(shè)宇宙帆船馳騁太空.到了1924年俄國(guó)航天事業(yè)的先驅(qū)康斯坦丁.齊偶爾克夫斯基和同事費(fèi)里德里希.山德?tīng)柮髦赋觥队谜业胶懿ǖ木薮蠓瓷溏R上的陽(yáng)光所產(chǎn)生的推力獲得的宇宙速度》.正是山德?tīng)柕绿岢隽颂?yáng)帆（太陽(yáng)反射器）是一種包在硬質(zhì)塑料上的超薄金屬帆的設(shè)想成為今天建造太陽(yáng)帆的基礎(chǔ)。

太陽(yáng)帆。太陽(yáng)帆是一種不帶機(jī)械動(dòng)裝置的輕便的航天器.他是一種靠太陽(yáng)光壓作控制力和推理的新型航天器，其原理類似于普通帆船，只不過(guò)是產(chǎn)生動(dòng)力不自然風(fēng)而且是太陽(yáng)光.當(dāng)太陽(yáng)照射帆面時(shí)，反面上反射出光子，按照動(dòng)量定理，光子會(huì)對(duì)太陽(yáng)帆施加一定的作力而推動(dòng)零力的太陽(yáng)帆前行.

從太陽(yáng)來(lái)的光壓雖然很小，但以長(zhǎng)期不斷的作用.理論上研究表明，在進(jìn)入太空的航天器上拉起一張巨大的飯，可為航天器提供10萬(wàn)分之一到千分之一地球重力加速度g的加速度.如果反面直徑300米，可匙500千克重的航天器嚴(yán)辦橢圓軌道，經(jīng)過(guò)200多天的加速度后飛到火星.如果帆面直徑增大到2000米，則可使5噸重的飛船飛離太陽(yáng)系。

由于來(lái)自太陽(yáng)的光線提供了無(wú)窮盡的能源，攜有大型太陽(yáng)帆的航天器最終可以以每小時(shí)24萬(wàn)公里的速度前進(jìn).這個(gè)速度要被當(dāng)前以火箭推進(jìn)的最快航天器快4-6倍.即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍.我們的太陽(yáng)帆面積越大，我們獲得的推力也越大.飛船質(zhì)量越小，所獲得的加速度就越大。

太陽(yáng)帆飛船的優(yōu)點(diǎn)是不要花費(fèi)任何燃料成本，也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī).可攜帶根多科學(xué)儀器和貨物；確定是推力太低導(dǎo)致加速度過(guò)慢，同時(shí)遠(yuǎn)離太陽(yáng)的地方光壓會(huì)過(guò)低（此事不用人工主動(dòng)照射來(lái)獲得推理.可采用聚光照射或主動(dòng)發(fā)射能量光速兩種方法）.在距太陽(yáng)1個(gè)天文單位的距離上（約相當(dāng)于地日質(zhì)心到太陽(yáng)的距離）太陽(yáng)光壓約為9×10-6N/m2。根據(jù)牛頓第二定律可算出太陽(yáng)帆將會(huì)以 （0.03-1.00）×10-3m/s2的加速度暖慢運(yùn)動(dòng).具體數(shù)值與太陽(yáng)帆的重量面積比有關(guān).由于太陽(yáng)光壓能持續(xù)不斷的作用于飛船，故可逐漸將飛船推進(jìn)到極高的速度.例如若飛船在太空中從靜止開(kāi)始以0.5×10-3m/s2的加速度飛行.100天后時(shí)速度將達(dá)1.6萬(wàn)千米.如果持續(xù)飛行3年，速度會(huì)提升到每小時(shí)16萬(wàn)千米，相當(dāng)于宇宙探測(cè)先驅(qū)"旅行者號(hào)"探測(cè)器時(shí)速度的3倍.在美國(guó)宇航局先進(jìn)概念研究所專門從事太陽(yáng)帆研究的朱伯倫博士認(rèn)為，如果設(shè)合理，太陽(yáng)帆的最高速度可達(dá)光速的2%，即6000千米/秒。果真如此，星航行將成為可能。

太陽(yáng)帆目前已成為廣受青睞的宇航技術(shù).俄羅斯，日本先后作過(guò)幾次模擬嘗試；美國(guó)也在研究太陽(yáng)帆飛船，并為選擇太陽(yáng)帆的制造材料作了大量測(cè)試.美國(guó)宇航局預(yù)計(jì)2010年太陽(yáng)帆飛船將歷經(jīng)15年以上的航程，飛行37億千米直到太陽(yáng)系邊緣，或是攜帶儀器探測(cè)遙遠(yuǎn)的冥王星.我們相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)人類將有可能借助太陽(yáng)帆邀游太空。

3.結(jié)論

現(xiàn)在利用光壓進(jìn)行原子冷卻和捕陷，以及對(duì)介質(zhì)微粒的操縱，已成為當(dāng)今最熱門的研究課題之一.光壓不僅在物理方面應(yīng)用而且在生命科學(xué)，化學(xué)以及工藝技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，越來(lái)越受到人們的重視。