书城科普读物探索未知丛书-物理城堡二
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第47章 光有压力吗

提起物体的压力,大家马上会想到水压、气压等,其实光也能产生压力。这一事实,现已被人们所证实。

光为什么会产生压力呢?这要从光的本质谈起。光是一种电磁波,电磁波是传播能量的物质流。不同颜色的光,就是不同频率、波长的电磁波。同时,光波也包含了无数颗极小的微粒子,人们叫它“光子”,并以波的形式向外传播,这通常被人们称为光的“波粒二象性”。

既然光是由一颗颗的微粒子组成,当它射向物体时,自然也就有光压施加在物体上了。最早提出“光压”的是17世纪德国著名天文学家开普勒,他发现彗星经过太阳时,彗星的尾巴是背着太阳的。当时开普勒设想,彗星的尾巴是一种微粒流,当彗星和太阳接近时,太阳光产生的压力会使这些微粒流推向背离太阳的一侧。后来著名物理学家麦克斯韦在19世纪70年代发展了光的波动学说,提出了光的电磁理论。经过实验,电磁波和光波的传播速度完全一样,这从本质上说明了光和电磁现象的统一性,从而使“光压”从理论上得到了证实。

尽管如此,在18—19世纪,人们还没能测量出“光压”。因此普通光源所辐射的光线对物体所施加的压力太微弱了。有人估算,把100瓦电灯泡发出的光全部集中起来,再投射到一平方厘米的面积上,这块面积受到的总压力也不过有3%达因(一个蚂蚁在拖食物时用的力就有几达因)。随着高真空技术和强电光源技术的迅速发展,1901年科学家列别捷夫终于通过实验测定出了光压。激光器问世以后,测量光压更变得轻而易举了,因为光压与光功率成正比例关系。一架红宝石激光器能输出上兆千瓦的光功率,它发出的光束所产生的光压能高达10几个大气压!人们利用激光器所产生的高压、高温,能切割高熔点金属,能在极坚硬的宝石轴承上打孔。在医院,激光束产生的光压,能代替锋利的手术刀为病人做手术。由于光的传播速度是每秒30万公里,而光压又能与光束齐头并进,同时到达某一地点,所以人们设想:将来利用光压来实现各种自动控制,更好地让光太为人类造福。