史峰

奇怪，陽(yáng)光怎么會(huì)有壓力

天氣熱，到游泳池里戲水取涼，你會(huì)感覺(jué)有些“呼吸困難”的。因?yàn)樗小八畨骸?，水的壓力擠壓肺部，會(huì)讓人感覺(jué)呼吸有些困難。

站在風(fēng)口，人會(huì)被吹個(gè)趔趄，這是為什么？道理很簡(jiǎn)單嘛，空氣流動(dòng)形成風(fēng)，風(fēng)吹動(dòng)你，說(shuō)明空氣是有“氣壓”的。

一束陽(yáng)光照射到你身上，沒(méi)感覺(jué)它對(duì)你有“沖擊力”吧。你沒(méi)感到陽(yáng)光的“沖擊力”，但是陽(yáng)光的“光壓”仍舊是存在的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陽(yáng)光照射在物體上時(shí)，就會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生作用力，這種力就源于“光壓”。

你當(dāng)然會(huì)有疑問(wèn)，陽(yáng)光咋會(huì)對(duì)物體有“壓力”嘛。這個(gè)問(wèn)題也好理解，光線是由許多小微粒向前運(yùn)動(dòng)形成的，這些小微粒叫光子。光子具有“物質(zhì)性質(zhì)”，它們匯聚在一起，以“光線”的方式“向前沖”，就會(huì)像“水流”“氣流”一樣給物體帶來(lái)壓力。只是這種壓力太小，人體根本感覺(jué)不出來(lái)。

我們雖然感覺(jué)不到光的壓力的存在，但是把“輕若鴻毛”的薄片放到真空管里，然后用陽(yáng)光照射它，它就會(huì)被陽(yáng)光的“沖擊力”推動(dòng)著“向前跑”——看來(lái)，陽(yáng)光的壓力可以變成物體前進(jìn)的動(dòng)力呀。

最早，天文學(xué)家開(kāi)普勒在觀測(cè)慧星時(shí)，看到所有彗星的“長(zhǎng)尾巴”，都指向太陽(yáng)的反方向，似乎是太陽(yáng)上有“風(fēng)”吹起了慧星的尾巴。開(kāi)普勒“理智”地認(rèn)為，太陽(yáng)是沒(méi)有“風(fēng)”的，應(yīng)該是陽(yáng)光的“沖擊力”對(duì)慧星的尾巴施加了力量，這是科學(xué)家第一次憑觀察感知到了“光壓”的存在。

狂想，利用“光壓”能做啥

光的“壓力”，可以變成“動(dòng)力”，使用“光動(dòng)力”能實(shí)現(xiàn)哪些科學(xué)幻想呢？

科幻作家這樣狂想過(guò)：做一艘太空飛船，飛船上不需要傳統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備，只需要“插上”一面很大的“太陽(yáng)帆”，讓陽(yáng)光壓力推動(dòng)“太陽(yáng)帆”，帶著飛船向前跑，只要陽(yáng)光能照射到的地方，“太陽(yáng)帆飛船”便能到達(dá)。“太陽(yáng)帆飛船”想得很美，靠譜嗎？當(dāng)然靠譜。雖然1平方米太陽(yáng)帆面上產(chǎn)生的推力還不到1只螞蟻的重量，但是如果太陽(yáng)帆面做到“足夠大”，“小螞蟻”的力量一定能聚積成“大象”的能量。再說(shuō)飛船在太空中運(yùn)行處于失重狀態(tài)，又無(wú)空氣阻力，并不需要太大的動(dòng)力。研究表明，太陽(yáng)帆的直徑達(dá)到500米時(shí)，只要表面光滑平整，它接受到的“光動(dòng)力”可供太空飛船以每小時(shí)24萬(wàn)千米的速度向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向飛行，這個(gè)速度是火箭的6倍。經(jīng)過(guò)15年的航程，乘坐這樣的飛船就能飛行到太陽(yáng)系邊緣，繼而進(jìn)入另一個(gè)恒星系，利用另一個(gè)恒星的“光動(dòng)力”，繼續(xù)飛行。

“光壓發(fā)電機(jī)”也被人們“狂想”出來(lái)了。如果把“光壓風(fēng)車”也做到足夠大，陽(yáng)光一照，它就“呼呼”地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，光能就轉(zhuǎn)換成了動(dòng)能，將“光壓風(fēng)車”連接到發(fā)電機(jī)上，新一代的“太陽(yáng)能發(fā)電裝置”就產(chǎn)生了。依靠“光壓發(fā)電機(jī)”，我們將獲得取之不盡、用之不竭的清潔能源，“火電站”“水電站”“核電站”將成為在“光壓風(fēng)車發(fā)電站”面前灰頭土臉的家伙，“光壓發(fā)電”是真正意義上的綠色供電方式。

“光動(dòng)力”對(duì)于“宏觀世界”大物件來(lái)說(shuō)微乎其微，我們很難用陽(yáng)光來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)生活物體。如果陽(yáng)光照進(jìn)“微觀世界”，陽(yáng)光的“壓力值”將變得非常強(qiáng)大?？茖W(xué)家用納米材料做成了許多“微機(jī)器”，“光動(dòng)力”對(duì)于這些納米機(jī)器來(lái)說(shuō)是很強(qiáng)大的，所以說(shuō)用光驅(qū)動(dòng)“小機(jī)器”運(yùn)轉(zhuǎn)“微觀世界”有著廣闊的應(yīng)用前景。比如科學(xué)家正在用“光子”來(lái)取代“電子”，讓“光壓”代替“電壓”驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，制造“光子計(jì)算機(jī)”。“光子計(jì)算機(jī)”將擁有駿馬的速度，眼下“電子計(jì)算機(jī)”有些“龜速”呀。

物理學(xué)家弗里德曼畢生致力于“光帆飛船”研制，早在1976年他就向美國(guó)宇航局提出利用一個(gè)64萬(wàn)平方米的太陽(yáng)巨帆航向哈雷彗星進(jìn)行探測(cè)的思路，美國(guó)宇航局認(rèn)為太過(guò)“離譜”而沒(méi)有采納。他后來(lái)離開(kāi)美國(guó)宇航局，組建了自己的“行星協(xié)會(huì)”，聯(lián)絡(luò)更多的科學(xué)家致力于太陽(yáng)帆飛船的研制，終于在2001年制造出第一面太陽(yáng)帆“宇宙一號(hào)”，結(jié)果這面太陽(yáng)帆在地面試驗(yàn)過(guò)程中短路燒毀。2001年7月又一架“宇宙一號(hào)”發(fā)射失敗，后來(lái)又是多次失敗。失敗并沒(méi)有讓弗里德曼放棄，他堅(jiān)信“太陽(yáng)帆飛船”定會(huì)成功……

驕傲，中國(guó)光壓技術(shù)推出新成果

美國(guó)、俄羅斯、日本都在研發(fā)太陽(yáng)帆飛船方面有“大動(dòng)作”，雖然這些“大動(dòng)物”屢次失敗，但這并不影響科學(xué)家一定要“研發(fā)成功”的信心。正是基于這樣的信心，不斷有科學(xué)家加入到研發(fā)太陽(yáng)帆飛船的隊(duì)伍中來(lái)。中國(guó)南開(kāi)大學(xué)就有一群科學(xué)家也致力于太陽(yáng)帆飛船的研究工作。

最近，南開(kāi)大學(xué)的科學(xué)家尋找到了一種可以制造“太陽(yáng)帆”的石墨烯材料，這種材料可經(jīng)各種光源驅(qū)動(dòng)飛行，其技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn)是：石墨烯材料可以將微弱的“光壓”放大1 000倍以上，達(dá)到“陽(yáng)光你把我輕輕一推，我就能以千倍動(dòng)力啟動(dòng)自身”的效果。能將“光動(dòng)力”放大的石墨烯材料，立即成為“太陽(yáng)帆飛船”研發(fā)界的“明星”，因?yàn)橐郧疤?yáng)帆飛船試制的失敗并不是“光壓原理”的失敗，而是“材料應(yīng)用”的失敗。以前，科學(xué)家都是用“鋁膜”“聚乙烯”等材料“造帆”的，這些材料都不是制造“太陽(yáng)帆”的最佳材料。中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料，才是制造“太陽(yáng)帆”的對(duì)路產(chǎn)品。

我們不妨到南開(kāi)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室看看這種石墨烯材料的光壓飛行實(shí)驗(yàn)：研究人員將一個(gè)重為4毫克的形似“海綿”的圓餅狀三維石墨烯材料放置到真空管中，然后在光源“推動(dòng)”下，“海綿”瞬間發(fā)生了水平或豎直方向的位移，最大移動(dòng)距離可達(dá)40厘米。這“輕輕一照便會(huì)大動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，真是令人興奮。

別小看這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是科學(xué)家第一次用“光動(dòng)力”來(lái)推動(dòng)一個(gè)宏觀物體。這話什么意思？意思是：用中國(guó)的石墨烯材料制造的太陽(yáng)帆飛船，可以從地球上直接發(fā)射到太空中。這種石墨烯不但可以制造“太陽(yáng)帆飛船”，還可以用在現(xiàn)實(shí)生活中研發(fā)“太陽(yáng)帆飛機(jī)”“太陽(yáng)帆汽車”。 能放大“光動(dòng)力”的石墨烯可以改變?cè)S多日常用器的“動(dòng)力源”，讓“光動(dòng)力”走進(jìn)尋常百姓家。到時(shí)候，家庭轎車就不需要加油嘍，因?yàn)樗且惠v“光動(dòng)力汽車”，用光一照，它就可以帶你周游世界了。

中國(guó)石墨烯解決了“光動(dòng)力產(chǎn)品”制造的材料問(wèn)題，讓“光壓飛行”的真正實(shí)現(xiàn)有了真實(shí)有效的材料基礎(chǔ)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，“光壓原理”才能真正給我們的生活提供真實(shí)可靠的“光壓飛行”制品?？磥?lái)，中國(guó)光壓技術(shù)正欲“領(lǐng)飛”世界呀。