Факт того, что свет может оказывать механическое давление, описывал в своих трудах ещё Кеплер. Наблюдая за спецификой поведения шлейфа от кометы, он сделал вывод, что свет должен так или иначе взаимодействовать с окружающей материей на механическом уровне. Прочитайте статью до конца и узнаете, как это можно использовать.
Взаимодействие света и материи
Позже механическое воздействие света было многократно зафиксировано физиками, а отечественный ученый Лебедев Пётр Николаевич научился измерять это давление и провел ряд экспериментов.
Давление, оказываемое светом на физический объект, штука, в общем-то, вполне предсказуемая. Если представить себе свет как поток частичек или мячиков, которые летят в пространстве и потом бьются о материальное тело, как о стену, то никаких сомнений о механическом воздействии быть не может. Вот только развитие квантовой физики и активная критика корпускулярно-волнового дуализма заставили ученых усомниться в наличии того самого дуализма и исходить из того, что любая частица есть только возмущение волновой функции.
Но нам сейчас в дебри погружаться не нужно. Важно лишь отметить для себя тот интересный факт, который признается физиками самых разных школ, что луч света оказывает механическое воздействие на тело, которое освещает.
В мире кино тоже происходит очень много интересного. Лучше других об знает наш дружественный проект "Киноамнезия"
Как взять со стола что-то маленькое?
Теперь отвлечемся на миг от этих постулатов и вспомним, как взять со стола винтик, размером чуть меньше 2 мм. Думаете, что таких не бывает? Тогда разбирайте любой микро механизм и наслаждайтесь. Взять подобный объект со стола пальцами, как минимум, будет очень сложно. Удобно было бы использовать пинцет.
Вот только если опуститься до микро-уровня, то манипулировать придётся молекулами или элементами ДНК. Известно, что если попытаться схватить за хвост молекулу, то она развалится. Уж больно тонкая и хрупкая конструкция. Поэтому, у ученых появилась идея использовать для таких работ оптический пинцет, который использовал бы описанные выше особенности взаимодействия материи и света. В 2018 году развитие этой идеи и демонстрация рабочей методики принесли своим отцам нобелевскую премию по физике.
Как работает оптический пинцет?
Поскольку мы пришли к выводу, что свет оказывает физическое давление, то таким давлением вполне можно "хватать" микро-частицу, с которой мы планируем работать. Причем, воздействие будет аккуратным и не приведет к разрушению или повреждению объекта.
В основе конструкции было предложено использовать лазер. Лазер, по сути дела - это концентрированный световой поток. С физической точки зрения это так. Мы рассматривали это подробнее тут. И ещё нужно вспомнить, что у лазера есть интересная специфика - неравномерное распределение интенсивности потока по его толщине. Короче говоря - в середине мощнее, чем по краям.
Физика процесса, на удивление, простая.
Лазерный луч низкой мощности освещает нужную частицу. В итоге частица, подобно мячику, который засасывает в струю бегущей воды, оказывается внутри лазерного луча и постепенно мигрирует к его центральной части. Подобный эффект мы описывали в статье про типы потоков в физике. Получается полный контроль частицы.
Происходит это из-за того, что изначально, когда частица попадает под воздействие луча, она частично отражает этот луч, частично поглощает и частично преломляет, при этом сама получает от него некоторый импульс.
Импульс толкает частичку к центру потока. В итоге, в следствие волнового эффекта, лазерный луч фокусируется на частичке и захватывает её в ловушку. Сам же лазерный луч сжимается.
Так можно перемещать объект или выполнять различного рода манипуляции с ним. Она захвачена пинцетом. Такая конструкция и будет называться оптический пинцет. А ещё, можно управлять моментом вращения частицы и выполнять ряд очень интересных манипуляций.
Это открытие и подобная технология мало того, что представляют интерес на уровне специфики взаимодействия частиц в физике, так ещё и имеют реальное практическое применение, открывая невероятные ранее возможности ученым.
Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!
------
Полезный путеводитель по научно-популярным каналам ДЗЕНа: смотрите здесь
------
Ещё интересные статьи с моего канала:
