Gyles Lewis
0 
5205
1265
Spegel, spegel på väggen, hur blandas ljus och materia trots allt?
Forskare har känt ett tag att ljuset har fart och utövar kraft på vad det träffar. Men eftersom denna fart är så liten har experiment inte kunnat se exakt hur det påverkar materien.
På jakt efter svar vände en internationell grupp forskare sig till speglar i en ny studie. "Spegeln säger alltid sanningen", skrev Tomaž Požar, huvudförfattaren till studien och biträdande professor vid institutionen för maskinteknik vid universitetet i Ljubljana i Slovenien i den lekfulla analogin med hänvisning till "Snow White and the Seven Dwarfs" att han skapat och skickat till. [Vad är det? Dina fysiska frågor besvarade]
Även om Požar och hans team inte hade en konversation med spegeln, lyssnade de intensivt på hur den reagerade när den träffades med en ljusstråle. De fäst akustiska sensorer, som fungerar på liknande sätt som en medicinsk ultraljud, till en spegel med värmesköld. (Uppvärmning kan skapa elastiska vågor som skulle hämma signalen de försökte studera: de elastiska vågorna skapade av fart.)
Sedan sköt forskarna laserstrålar i spegeln och använde de akustiska sensorerna för att lyssna på vågorna som skapades när ljuset träffade ytan. "Det är som en hammarsmash gjord av ljus," berättade Požar .
Dessa små vågor orsakade "ljud" eller små rörelser bland spegelns atomer. Den minsta förskjutningen de hittade var cirka 40 femtometers, vilket är ungefär fyra gånger storleken på kärnan i en atom, sade Požar.
Innan detta experiment kunde forskare bara mäta hur ljus skulle överföra fart till ett objekt i sin helhet, sa Požar. Men denna nya metod gjorde det möjligt för dem att se hur denna kraft är fördelad över hela materialet. Och även om tidigare forskning förutspådde att ljus flyttar materien genom att lägga fart på olika elastiska vågor, finns det nu experimentella bevis på att det gör det, sade Požar.
För närvarande har forskare en handfull idéer om hur fart överförs från ljus till ett material, sade Požar.
Den skotska fysikern James Clerk Maxwell var den första som föreslog 1873 att ljuset bär fart i sina elektromagnetiska fält. Hans ekvationer tillsammans med några andra utgör grunden för elektromagnetism. "Alla håller med Maxwells ekvationer av elektromagnetism" och lagarna som säger fart och energi bevaras, sade Požar. Men olika forskare har sina egna åsikter om hur ljuskraften fördelas över materien.
Ett känt exempel är den så kallade Abraham-Minkowski kontroversen, ett argument mellan den tyska fysikern Max Abraham och den tyska matematikern Hermann Minkowski. Abraham föreslog att en fotons drivkraft skulle vara omvänt relaterad till "brytningsindex", ett tal som beskriver hur ljus rör sig genom ett material, medan Minkowski föreslog att det borde vara direkt relaterat.
Även om den nya studien ännu inte har fastställt vilken, om någon, hypotesen var korrekt, hoppas forskarna att finjustera och använda detta experimentella förfarande i flytande och andra material för att så småningom räkna ut det.
Požar fortsätter i sin analogi: är det snövit eller den onda drottningen? "Är det formuleringen föreslagd av Abraham? Kanske den som föreslogs av Minkowski? Eller är det den av Einstein ... Eller av en ännu anonym forskare vars namn [en] dag kommer att visas i alla läroböcker?"
Så långt tillbaka som 1619 föreslog den tyska astronomen och matematikern Johannes Kepler att en komets svans tycks alltid peka bort från solen eftersom solens ljus utövade press på den.
Att förstå fysiken bakom lätt fart skulle sannolikt ha lockat Kepler, men det skulle också ha några praktiska tillämpningar. Exempelvis kan optiska pincett optimeras för att utöva minsta kraft på de små, organiska föremål som de hanterar. Eller stora solseglar kan skapas för att segla genom galaxen på solens energi.
Forskarna rapporterade sina resultat 21 augusti i tidskriften Nature Communications.
Ursprungligen publicerad den .