Tænd for laseren, og dens lys vil kunne løfte genstande op i luften.
Det har amerikanske forskere nu vist er muligt.
I første omgang spår Grover Swartzlander fra Rochester Institute of Technology i USA, at anvendelserne vil findes inden for mikromaskiner og transport af små partikler i væske, men også ved design af solsejl til rumfart kan man udnytte principper for 'optisk løft'.
Swartzlander baserer forudsigelserne på teoretiske beregninger og eksperimenter med optisk løft af små stænger frembragt af lys fra lasere med en effekt på omkring 100 milliwatt.
Resultaterne er fremlagt i en artikel i online udgaven af Nature Photonics.
Optisk løft har samme effekt som aerodynamisk løft, men skyldes helt andre årsager.
Aerodynamisk løft opstår eksempelvis, når luft strømmer omkring flyvinger eller spoilere på biler (nedgående 'løft'). Aerodynamisk løft skyldes trykforskelle på oversiden og undersiden i henhold til Bernoullis princip.
Optisk løft har sammenhæng med strålingstrykket fra elektromagnetiske bølger, som blev forklaret af Maxwell og Bartoli for langt over 100 år siden (se sideboks).
Skønt strålingstrykket er svagt for makroskopiske objekter, kan en fokuseret laserstråle med en effekt på nogle få milliwatt resultere i en kraft, der måles i piconewton - og det er nok til give en synlig påvirkning.
Swartzlanders forskningsgruppe har som de første undersøgt, hvordan strålingstrykket under ensartet belysning kan udnyttes til at skabe et stabilt optisk løft for objekter, der som eksempelvis flyvinger og spoilere, er forskelligt formede på over- og undersiden.
Teori og eksperiment
Swartzlander har først beregnet sig til, hvordan strålingstrykket vil påvirke en stang i form af en overskåren cylinder med en rund side og en flad side, når den placeres i en jævn belysning.
Beregningerne viser, at kraftpåvirkningen afhænger af, hvordan stangen er placeret i forhold til lysets retning.
Det er tale om en relativ kompliceret beregning, for man skal tage nøje højde for, hvordan lyset reflekteres og brydes, når det rammer stangen.
Er den flade side opad, og den buede side nedad, er kraftpåvirkningen nedad, og stangen trykkes ned.
Stilles den flade side derimod skråt i forhold til lysets retning, vil kombinationen af reflekterede og brudte stråler derimod give et opadgående løft, som modvirker tyngdekraften, som kan holde stangen svævende.
Forskerne satte sig for at afprøve teorien i praksis.
De fremstillede små stænger med en længde på 14 mikrometer, der var formede så over- og underside havde forskellig form - uden det dog var muligt at opnå en perfekt flad side og en halvcirkelformet side, som beregningerne havde forudsat.
Stængerne blev anbragt i en lille væskefyldt glasbeholder og belyst med en laser med en bølgelængde på 975 nm og en effekt på 130 mW, som var fokuseret til pletstørrelse på 50 mikrometer.
Laserlyset satte stængerne i bevægelse, og eksperimenterne bekræftede, at det var muligt at opnå et stabilt optisk løft i en bevægelse med en hastighed af nogle få mikrometer i sekundet.
Store visioner
Forskerne spekulerer derfor nu i muligheden af at lade flere stænger i fællesskab virke som transportør i luften ved, at solens strålingstryk skubber stængerne fremad, så de holdes svævende på grund af det optiske løft.
Samtidig mener de, princippet kan udnyttes til at forbedre solsejl til interstellar rumfart.
Foreløbig har de kastet sig over yderligere studier, hvor de vil undersøge betydningen af forskellige faconer og materialer. Strålingstrykket er strålingens effektflux per kvadratmeter divideret med lysets hastighed. På jordoverfladen er Solens strålingstryk på jorden er 4,6 mikropascal, hvis strålingen absorberes – det dobbelte hvis den totalt reflekteres. James Clerk Maxwell beskrev strålingstrykket første gang i 1871 og indbefattede det i sin afhandling Treatise on Electricity and Magnetism fra 1873. Maxwell beregnede bl.a. strålingstrykket fra solen ved Jorden, og konkluderede derefter: Adolfo Bartoli beregnede uafhængigt af Maxwell som formel strålingstrykket ud fra termodynamikkens anden hovedsætning i 1876. Strålingstrykket blev første gang eksperimentelt målt af Pjotr Lebedev i 1900 og sammen af Ernest Fox Nichols og Gordon Ferrie Hull i 1901.Strålingstryk
”It is probable that a much greater energy of radiation might be obtained by means of the concentrated rays from an electric lamp. Such rays falling on a thin metallic disk, delicately suspended in a vacuum, might perhaps produce an observable mechanical effect.”
Dokumentation
J.C. Maxwell: A Treatise on Electricity and Magnetism kapitel XX
Historisk artikel om strålingstrykket af E.F. Nichols og G.F. Hull fra 1903
