在發明第一架飛機一百多年後，科學家利用一種光學上的空氣動力抬升作用，研究出一種類似於(yu) 機翼的“”，能在激光照射下上升。研究人員希望將來有一天，“光翼”能在外太空的真空環境運行，僅(jin) 在陽光照射下就能飛行。該研究發表在12月5日的《自然—光子學》網站上。

光壓差產(chan) 生抬升

“這很像萊特兄弟早期所做的事情。”論文主要作者、紐約羅徹斯特技術研究院物理學家格魯弗·斯瓦茨蘭(lan) 德說。光翼的工作原理跟機翼很像，都是要讓一邊的壓力大於(yu) 另一邊，壓力差會(hui) 產(chan) 生向上或向下的力量。在機翼中，機身上麵的空氣更快地流動，沿弧形與(yu) 下麵的空氣匯合，由此產(chan) 生了空氣壓力差。而在光翼中，造成壓力差的不是空氣而是光。

“輻射壓力”的概念是物理學家詹姆斯·克萊克·麥克斯韋和阿道夫·巴托利19世紀末提出的理論，即光量子通過介質或被反射時，會(hui) 將動量傳(chuan) 給目標。正是由於(yu) 這個(ge) 原因，彗星的尾巴總是指著背向太陽的一邊，是太陽光線將它們(men) 推離。

格羅弗和研究小組預測，輻射壓力也會(hui) 產(chan) 生抬升的力量。根據計算機分析演示，光線在進入不同形狀物體(ti) 時，會(hui) 產(chan) 生不同的折射或反射。當光線進入一種半圓形的透明物體(ti) 時，大部分入射光線就會(hui) 以垂直方向反射離開，它們(men) 離開的一邊就會(hui) 受到最大的輻射壓力，物體(ti) 由此而上升。

在延時顯微照片中，半圓小棒編製的“光翼”發生橫向運動，證明在激光照射下發生了向上位移。

在實驗中，研究人員用光刻技術將半圓小棒編製成一個(ge) 幾微米的“光翼”，浸在水滴中，用毫瓦的激光照射從(cong) 下麵照射。他們(men) 發現半圓形小棒會(hui) 自動扭轉成一個(ge) 穩定的受攻擊的角度，顯示出一致性的運動。在一束單一準一致光中，可以看到許多小棒組成的“光翼”被同時抬升，而且還發生水平方向的移動。這個(ge) 側(ce) 向移動表明，可以通過控製光壓的方向來控製目標物體(ti) 的移動。

研究人員解釋說，這和光鑷不同，不需要光強梯度就能形成壓力。光鑷是一個(ge) 特別的光場，酷似一個(ge) 陷阱。以光場的中心劃定一個(ge) 幾微米方圓的區域，造 就一個(ge) 勢能較低的區域，一旦光子涉足這個(ge) 禁區就會(hui) 自動迅速墜落光的中心。當物體(ti) 的動能不足以克服勢壘時，粒子將始終停留在阱內(nei) 。整個(ge) 受到光的作用從(cong) 而達到 被鉗的效果，然後可以通過移動光束來實現遷移物體(ti) 的目的。

納米力學與(yu) 光學結合

“光翼”的一個(ge) 重要應用是依靠輻射壓力來控製航空工具的方向。比如美國加利福尼亞(ya) 帕薩迪娜的一個(ge) 公共空間組織“行星社”計劃，在今年末發射一個(ge) 實驗性的太陽能導航航天器——光帆（LightSail）。格羅弗·斯瓦茨蘭(lan) 德表示，借助這一發明，將來可能僅(jin) 靠太陽光線就能為(wei) “光翼”飛行器提供動力。未來在太空探索中，就有可能僅(jin) 依靠太陽光驅動飛行。此外，還可以在不易采用常規動力的微觀環境中用“光翼”為(wei) 極小的器械提供動力。

對於(yu) 最新應用，加利福尼亞(ya) 理工大學研究納米光學與(yu) 機械係統的物理學家馬特·艾琴菲爾德認為(wei) ，如果抬升可以用於(yu) 任何透明物體(ti) ，該技術的研究就更有 意義(yi) 。反過來考慮問題的話，我們(men) 可以改變的形狀，而不一定是物體(ti) 的形狀。“光翼”的概念也能用於(yu) 微觀機械力學，或液體(ti) 中的粒子運動。他說：“這會(hui) 產(chan) 生很有趣的效果。把納米力學的研究領域和光學相結合也變得更重要。在研究中，我們(men) 會(hui) 再次看到研究展現出的最簡單現象。”