Описание Силовой луч, тянущий луч - эта технология фигурирует в космических научно-фантастических произведениях уже давным-давно. И, как часто это мы наблюдаем, многие идеи, высказанные фантастами в последнее время, становятся реальностью благодаря усилиям ученых. Команда китайских ученых из Фуданьского университета в Шанхае (Fudan University) теоретически разработали метод, с помощью которого можно получить силу притяжения с помощью луча света лазера.
Принцип действия Падающий поток света создает импульс силы, направленный в сторону распространения света, своеобразный толчок, этот принцип используют вошедшие недавно в моду космические аппараты с солнечными парусами. Используя специальную оптическую систему, удовлетворяющую нескольким условиям, ученым удалось превратить "толчок" в "притяжение".
Одним из условий работоспособности оптической системы является малая длительность импульса света, чем короче будет импульс, тем, как это ни парадоксально, будет величина "притягивающего" воздействия. Вторым основным условием является создание вокруг объекта, который предполагается "тянуть" сложного магнитного многополюсного поля, которое должно быть в возбужденном состоянии во время прихода импульса света. Если падающий под "правильным" углом свет рассеивается магнитным полем в "правильных" направлениях, то это создает отрицательный импульс силы, позволяя объекту быть притянутым к источнику света.
Фантастика становится явью: ученые приступили к созданию «луча захвата» http://www.mk.ru/science/article/2012/02/06/668325-fantastika-stanovitsya-yavyu-uchenyie-pristupili-k-sozdaniyu-lucha-zahvata.html
Сенсация, связанная с изучением лазера, облетела недавно весь земной шар: физики разработали луч притяжения или «луч захвата», часто описываемый в фантастических произведениях. Для тех, кто не в курсе — до последнего времени мы слышали только об отталкивающих и сжигающих свойствах лазера. А вот его «притягательные способности» так поразили воображение, что, к примеру, руководители NASA в срочном порядке заказали своему космическому центру Годдара разработку реального устройства, которое могло бы захватывать вещество на других планетах. До того времени, когда таинственные лучи с земных автоматических аппаратов начнут похищать обитателей других планет, еще очень далеко. Но вот, что касается микроскопических частиц, то все вполне реально. Разобраться в новом открытии нам помог руководитель Отделения оптики Физического института им. П.Н.Лебедева (ФИАН) доктор физико-математических наук, профессор Анатолий Масалов.
Итак, новшество разработали (правда, пока только на бумаге) теоретики из университета Флориды (США) и их датские и сингапурские коллеги. Они предложили конфигурацию лазерного луча, притягивающего микрочастицы. Такая возможность оказалась неожиданной.
-Все зависит от того, каким образом исследователь сформирует световой пучок, - говорит профессор. - К примеру, известно такое понятие, как световое давление на частицы. Еще сто лет назад Петр Лебедев, в честь которого назван ФИАН, делал опыты по световому давлению на предметы. Оно толкает частицы от источника света, то есть, частицы должны отлетать в ту сторону, в какую светит луч.
А вот авторы новой работы, о которой мы сегодня ведем речь, работая независимо друг от друга, обнаружили необычную конфигурацию луча, при которой вместо светового давления имеет место притяжение частиц в сторону источника света. Авторы статей работают в этой области физики давно и в каждой группе есть по одному нашему бывшему соотечественнику.
В чем же заключается особая конфигурация притягивающего луча? По словам Масалова, если обычный лазерный луч сформирован в виде карандаша (вспомните лазерную указку), то в данном случае исследователи поставили на пути такого «карандаша» конический элемент - особую линзу в виде конуса. На выходе получилось множество сходящихся в одной линии компонент этого луча. Это явление имеет название Бесселева пучка, и известно физикам уже несколько десятков лет.
-Авторы ообсуждаемых научных работ действовали в рамках уже известных законов взаимодействия света со средами, - поясняет доктор наук. - Новых создавать не понадобилось. Просто до этих расчетов никто не проверял, как поведет себя частичка вещества в Бесселевом пучке.
Попробую, по словам ученого, объяснить притягивающий механизм луча попроще: световые волны стали падать на поверхность освещенного тела под углом, сила отталкивания (этого закона никто не отменял!) заметно снизилась. Когда же объектом воздействия сделали прозрачное вещество — то светвое давление и вовсе снизилось до минимума. А вместо него активизировалась сила тянущая, то есть, притягивающая.
-Что за прозрачные частицы подразумевались в расчетах?
-Это могли быть частички стекла, полимера.
- А биологические частицы притянуться?
- Клетки — это тоже прозрачные частцы, значит их луч притянет.
- А частицы астероидов, как хотят сделать американцы?
- Это пока обсуждается на уровне фантазий. Я не против них, фантазировать нужно, это стимулирует мысль других исследователей и это поможет найти область применения притягивающим свойствам светового пучка. Но я пока не могу предсказать, что же воплотится в реальность.
- Людей можно научиться притягивать, к примеру, терпящих бедствие на море?
-Это невозможно. Прежде чем вы притянете такой большой объект, он сгорит от излучения, - ведь нужны очень большие мощности. Когда мы включаем свет в комнате мы не замечаем, что он давит на предметы — это потому, что он имеет слабую интенсивность. Физическое влияние лазерного луча могут ощущать только микро и нанообъекты. И они не сгорают в нем, потому что прозрачны, не поглощают свет. Как только мы возьмем поглощающие свет частицы возникнет сильный нагрев.
-То есть, возникнет эффект лазерного оружия.
-Да, сжигающий эффект. Если все таки пофантазировать о возможном практическом применении данного эффекта, могу предположить создание микроструктур, составные части которых захватываются и перемещаются при помощи лазерного луча. Кстати, манипулирование такими частицами с помощью света уже известно ученым и используется ими в лабораторных условиях. Оно получило название «оптического пинцета».
- Так значит, притягивающий луч был изобретен раньше?
- Оптический пинцет - это лазерный луч, сфокусированный с помощью объектива в некую фокусную точку и все частицы — в данном случае и прозрачные, и не прозрачные втягиваются в область повышенной интенсивности светового поля. Это известное свойство называется элетрострикция. Для электрических полей несветового происхождения оно было известно более ста лет, а для световых — вошло в практику лет 30 назад. Свет заставляет вещество втягиваться в область повышенной интенсивности. Оптический пинцет - это световод с объективом. После объектива световой пучок принимает форму острого конуса и в центре острия - точка с максимальной интенсивность света. Если в нее попадает частица (микронная или субмикронная), то она будет там удерживаться. Вы можете «схватить» ее и перемещать, не применяя никаких дополнительных устройств. Это очень ценное качество оптического пинцета, позволяющее управлять частицами в пространстве. К примеру для построения различных микроструктур.
-Получается новый притягивающий луч отличается от старого, оптического пинцета только наличием конусообразной линзы на месте объектива?
-Да, похоже. Только отпический пинцет имеет силу, направленную в точку фокуса и сила втягивает туда частицу, независимо от того, где она находится — слева от нее или справа. А в случае с Беселевым пучком надо чтобы частица оказалась прямо внутри луча.
- До открытия притягивающего свойства, как ученые использовали Бесселев пучок?
Когда мы фокусируем свет обычными линзами, то освещаем пространство в виде точки с неким ареолом. Бесселев пучок позволяет высветить пространство в виде протяженного узкого шнура. Например, это полезно для создания плазменного шнура мощным лазерным светом. Сейчас в научной литературе обсуждается борьба с грозовыми разрядами с помощью искусстdенных молний. Направленный в воздух с земли плазменный шнур может, по мнению некоторых исследователей, способствовать этому.
Для чего же хотят использовать притягивающий луч американцы? Оказывается, в NASA уже вполне серье6зно обсуждают возможность удаленного захвата образцов с других планет без посадки на них земных аппаратов. Приземление - очень сложная процедура, которая вполне может закончиться крушением. Если удастся использовать притягивающий луч, образцы для анализа можно будет брать прямо с орбиты или с небольшого расстояния, например, подлетев вплотную к астероиду. Пыль или отдельные молекулы притягивающему лучу вполне могут оказаться по плечу. Если наши ученые называют данную идею фантастикой, команда физиков из центра Годдара уже получила на исследования грант в размере 100 тысяч долларов и приступили к испытаниям.
