從一百萬(wàn)公里之外射來(lái)的光束，徑直照在飛船的接收器上，在光的推動(dòng)下，飛船迅速起步，掠入深空。

這本應(yīng)是科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景，但加州理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種方法，使得以光為動(dòng)力的星際旅行，至少在理論上有點(diǎn)靠譜了。

研究人員通過(guò)在物體表面創(chuàng)建特定的納米級(jí)圖案，實(shí)現(xiàn)了只用光來(lái)懸浮和推動(dòng)物體。

由加州理工學(xué)院工程與應(yīng)用科學(xué)部 Howard Hughes 教授完成的這項(xiàng)工作，為研究光驅(qū)動(dòng)航天器提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)論文發(fā)表在 Nature Photonics 上。

圖|在物體表面創(chuàng)建特定的納米級(jí)圖案，實(shí)現(xiàn)了只用光來(lái)懸浮和推動(dòng)物體（圖源：由Atwater實(shí)驗(yàn)室）

利用光來(lái)控制物體，在三十多年前就實(shí)現(xiàn)了。美國(guó)科學(xué)家 Arthur Ashkin 發(fā)明了光鑷（optical tweezers）。

光鑷，又被稱為光學(xué)鑷子或光鉗，是一種通過(guò)高度聚焦激光束產(chǎn)生力（量級(jí)通常為皮牛頓級(jí)），并以此移動(dòng)微小透明物體的裝置。這種技術(shù)可以用于移動(dòng)細(xì)胞或病毒顆粒，把細(xì)胞捏成各種形狀，或者冷卻原子。

由于光鑷的力可以精準(zhǔn)地直接作用于細(xì)胞甚至更小的目標(biāo)，因此在生物學(xué)方面的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。而 Arthur Ashkin 也因“光學(xué)鑷子及其在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用”，在 96 歲時(shí)獲得了 2018 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他也是迄今年齡最大的獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

現(xiàn)在，研究人員通過(guò)這種新方法，將光束操縱物體的范圍大大拓寬了，包括小到幾微米、大到幾米的許多不同形狀和尺寸的物體。而這其中最關(guān)鍵的一點(diǎn), 就是在物體表面創(chuàng)建特定的納米級(jí)圖案。

這種圖案會(huì)與光相互作用，使物體在受到擾動(dòng)時(shí)能夠調(diào)整自身，從而產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)扭矩，使其保持在光束中。因此，物體不依賴于高度聚焦的激光束，其本身的納米“編碼”可以調(diào)整其穩(wěn)定性。

從理論上講，如果在航天器表面構(gòu)建納米級(jí)的圖案“編碼”，并由地球上的激光加速，那么航天器就可以達(dá)到很高的速度，甚至接近光速飛行，并有可能到達(dá)其他恒星。同時(shí)，在沒(méi)有燃料推進(jìn)的情況下，這種航天器可以由幾百萬(wàn)公里以外的光源提供動(dòng)力以及加速度，在 20 年內(nèi)到達(dá)離地球最近的太陽(yáng)系外行星。

加州理工學(xué)院人工光合作用聯(lián)合中心的主任 Atwater 教授表示：“我們已經(jīng)提出了一種可以懸浮宏觀物體的方法?！边@同時(shí)也帶出一個(gè)大膽而有趣的應(yīng)用設(shè)想，這種技術(shù)可能可以作為新一代航天器的推進(jìn)手段。

但要想真正做到這一點(diǎn)，研究人員還有漫長(zhǎng)的一段路要走。實(shí)際上，在懸浮實(shí)驗(yàn)中，這一方法受到的限制也很大。該論文的第一作者、加州理工學(xué)院博士后 Ognjen Ilic 就給出形象的比喻：“吹風(fēng)機(jī)吹出的穩(wěn)定氣流使乒乓球懸浮起來(lái)。但如果乒乓球太大，或者離吹風(fēng)機(jī)太遠(yuǎn)，諸如此類的情況都不會(huì)發(fā)生?！?/p>

目前研究人員正在測(cè)試光驅(qū)動(dòng)飛行器的理論基礎(chǔ)是否可靠。到目前為止，他們的工作在現(xiàn)實(shí)世界中仍未經(jīng)過(guò)測(cè)試。

但這仍然是一個(gè)令人遐想的發(fā)現(xiàn)。想象一下，如果該理論得到證實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)將使航天器以接近光速的速度推進(jìn)，并為持續(xù)性的星際旅行開辟一個(gè)全新的可能性領(lǐng)域。

到那個(gè)時(shí)候，我們也許不再需要花很多時(shí)間精力在發(fā)射器，而只是需要一個(gè)巨大的手電筒。