Lysstrålen der suger genstande til sig kan blive virkelighed

Endnu en af science fiktion genrens berømte værktøjer, lysstrålen der tiltrækker genstande - også kaldet en traktorstråle - er på vej til at blive virkelighed.

Det er velkendt, at lys besidder bevægelsesmængde og kan skubbe til genstande - det kan bl.a. udnyttes til solsejl til rumfartøjer. Laserlys kan også bruges til at holde små partikler på plads, en teknik som kendes som optiske pincetter, og som bl.a. danske forskere er eksperter i at udnytte.

Men at man kan tiltrække en genstand ved at lyse på den, det strider umiddelbart mod al sund fornuft.

Alligevel har Jun Chen fra Fudan University i Shanghai nu sammen med tre kollegaer vist, at det tilsyneladende umulige alligevel under visse forudsætninger er muligt.

Spredning giver anledning til bagudrettet kraft

Problemstillingen kan ridses op på denne måde.

Vi lyser på en genstand og udsætter den derfor for en kraft, der fremkommer ved, at lyset besidder bevægelsesmængde. Kan vi gøre denne kraft negativ i forhold til lysets retning, så vil genstanden bevæge sig baglæns tilbage mod lyskildens oprindelse.

Genstanden vil ikke, som i teknikken med optiske pincetter, blive fanget i et bestemt punkt eller område. Den vil være udsat for en vedvarende kraft - vi vil have en ægte traktorstråle.

Jun Chen skriver, at det er relativt enkelt at indse, at man ikke kan lave en traktorstråle ud fra en plan bølge. Hvis det var tilfældet, havde vi sikkert for længst haft traktorstråler i virkeligheden.

Det første betingelse er altså, at man skal have en bestemt stråle.

Chen undersøger specifikt en såkaldt Besselstråle, som har bl.a. har den egenskab, at bevægelsesmængden i laserstrålens udbredelsesretning er mindre end for en plan bølge.

Fotonernes bevægelsesmængde for Besselstråler kan udtrykkes som p = (h/2pi)kcosv. Hvor h er Plancks konstant, og k er bølgetallet, og v er en karakteristisk vinkel - for en plan bølge er v = 0.

Jun Chens analyse viser, at en bagudrettet kraft opstår, når fotonerne, der rammer en partikel (i gennemsnit) spredes i retning med vinkler, som er mindre end vinklen v.

Det kan i praksis kun opnås, når partiklerne har en størrelse, der er sammenlignelig med bølgelængden.

Anvender man en typisk laser med en bølgelængde på 1,064 mikrometer - eksempelvis en Nd:YAG laser - så er det partikler med en radius omkring et par mikrometer, der er interessante at studere.

Sortering af polystyrenkugler

Om fotonerne primært spredes mere eller mindre fremad i forhold til den karakteristiske vinkel v kræver dog en detaljeret beregning.

En sådan beregning viser, at en polystyrenkugle med en radius på 2,03 mikrometer vil være udsat for en bagudrettet kraft under lysbestråling med en karakteristisk vinkel v = 78,5 grader, hvorimod en tilsvarende kugle med en radius på 2,19 mikrometer vil være udsat for en fremadrettet kraft.

Det sætter naturligvis en lang række begrænsninger for anvendelsen af traktorstråler, men Jun Chen erklærer selv over for Technology Review fra MIT, at princippet muliggør en ny form for mikromanipulation, der kan bruges til sortering af mikropartikler.

Foreløbig har Jun Chen dog kun beskrevet teorien for traktorstråler - eksperimenter har vi endnu til gode at se.

Dokumentation

Backward Pulling Force from a Forward Propagating Beam
How To Turn A Laser Into A Tractor Beam

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Tak Eivind fordi du henviser til min artikel om optisk løft.

Det viser endnu en forunderlig ting, man kan gøre med lys, men ved det optiske løft er det strålingstrykket, der involveret - så fysikken er anderledes.

Desuden kan man heller ikke trække genstande til sig med et optisk løft - det kan man til gengæld med 'traktorstrålerne'.

  • 0
  • 0

Jeg er enig i, at nu må teorien omsættes til eksperiment, før man mere præcist kan vurdere perspektiverne. Men hvorfor mener du ikke, at manipulering af små partikler er en praktisk anvendelse?

  • 0
  • 0

Når jeg forsøger at skrive et letter ironisk indlæg på artiklen så skyldes det i hovedtræk følgende citat:

"Endnu en af science fiktion genrens berømte værktøjer, lysstrålen der tiltrækker genstande – også kaldet en traktorstråle – er på vej til at blive virkelighed"

Som jeg ser det er "tractorbeam" fra sciens fiction ikke ved at blive til virkelighed. Den stråle er nemlig kendetegnet ved at kunne manipulere med macroskopiske objekter så som rumskibe og andre store ting.

Den beskrevne teknologi flytter rundt på små tink med lav masse. Jeg kan ikke rigtig se at effekten kan overføres fra microskopisk til macroskopisk domæne.

Jeg mener på ingen måde at teknologien er ubrulig, man kan sagtens forstille sig anvendelsen af (meget små) kontakter som kan manipuleres via lys.

Teknologien omkring manipulering af fysiske objekter via lys virker spændende, og det ender vel også med at vi får lyslederteknologien helt ned på chip niveau i vores computere - men tractorbeam fra science fiction: nej.

-Eivind

  • 0
  • 0

Fint så er vi stort set enige.

Hvad angår citatet, du henviser til, så mener jeg nu det er i orden - selv om den her omtalte traktorstråle aldrig kommer til at manipulere med store genstande. Det er princippet, der er det vigtigste i denne sammenhæng. Men du er naturligvis velkommen til at have en anden holdning.

  • 0
  • 0

Den nærmeste naturlige ækvivalent er vel tornadoer. De er ikke så styrbare og har andre virkninger også, men at de kan flytte selv store ting op i luften og langt væk er vist flere gange. I filmen "Twister" mener jeg de har et sjovt klip med en flyvende ko som muher.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten