光压及其应用

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摘要：光压是射在物体上的光所产生的压力.由于光是由光子构成的.它由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用及压力.本文讨论光压在现代技术上的一些应用。

关键词：光压；光子；光子能量；能量传递

中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2016）02-0273-01

1873年英国物理学家麦克斯韦创立了电磁理论.他指出光的本质是一种电磁波.他还预言：光射到物质表面时，将对这个物体的表面施加压力，光有一定的压力。

到了1887赫兹由实验来证实了麦克斯韦的电磁理论.同时却又发现了能直接的得出了对光的粒子性描述的光电效应.在1899年，俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压，证实了麦克斯韦的预言.到了1905年爱因斯坦发表了光子假设有进一步说明了光压存在的合理性。

这就是它们在单位时间内传递给物体单位面积上的动量，即光压。

按照爱因斯坦的光子假说和上面的光压计算可以知道光压实光对被照射物体单位面积上所施加的压力，也成为辐射压强.早在1748年欧拉就指出光压得存在，这后英国物理学家麦克斯维首先用电磁场理论退证出来，并计算清甜的太阳对一平方米的黑体（能够完全吸收入射电磁波的理想物体）表面的压力为4.7×10-6N.距强度为100万烛光的光源1m处的镜面上，所受到的可见光的光压只有10-5N/m.

从上面的数据我们可以知道光压是很小的，所以我们只能感觉发暖，亦有压力.只是因为感觉器官的限制而感觉不到.所以人们刚开始觉得光压很小而没有实际应用.那么光压确实没有应用吗？

2.光压的应用

著名的天文学家开普勒在400年前就曾设想不要带任何能源，紧紧依靠太阳能就可以设宇宙帆船驰骋太空.到了1924年俄国航天事业的先驱康斯坦丁.齐偶尔克夫斯基和同事费里德里希.山德尔明指出《用找到很波的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得的宇宙速度》.正是山德尔德提出了太阳帆（太阳反射器）是一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想成为今天建造太阳帆的基础。

太阳帆。太阳帆是一种不带机械动装置的轻便的航天器.他是一种靠太阳光压作控制力和推理的新型航天器，其原理类似于普通帆船，只不过是产生动力不自然风而且是太阳光.当太阳照射帆面时，反面上反射出光子，按照动量定理，光子会对太阳帆施加一定的作力而推动零力的太阳帆前行.

从太阳来的光压虽然很小，但以长期不断的作用.理论上研究表明，在进入太空的航天器上拉起一张巨大的饭，可为航天器提供10万分之一到千分之一地球重力加速度g的加速度.如果反面直径300米，可匙500千克重的航天器严办椭圆轨道，经过200多天的加速度后飞到火星.如果帆面直径增大到2000米，则可使5吨重的飞船飞离太阳系。

由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进.这个速度要被当前以火箭推进的最快航天器快4-6倍.即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍.我们的太阳帆面积越大，我们获得的推力也越大.飞船质量越小，所获得的加速度就越大。

太阳帆飞船的优点是不要花费任何燃料成本，也没有发动机.可携带根多科学仪器和货物；确定是推力太低导致加速度过慢，同时远离太阳的地方光压会过低（此事不用人工主动照射来获得推理.可采用聚光照射或主动发射能量光速两种方法）.在距太阳1个天文单位的距离上（约相当于地日质心到太阳的距离）太阳光压约为9×10-6N/m2。根据牛顿第二定律可算出太阳帆将会以 （0.03-1.00）×10-3m/s2的加速度暖慢运动.具体数值与太阳帆的重量面积比有关.由于太阳光压能持续不断的作用于飞船，故可逐渐将飞船推进到极高的速度.例如若飞船在太空中从静止开始以0.5×10-3m/s2的加速度飞行.100天后时速度将达1.6万千米.如果持续飞行3年，速度会提升到每小时16万千米，相当于宇宙探测先驱"旅行者号"探测器时速度的3倍.在美国宇航局先进概念研究所专门从事太阳帆研究的朱伯伦博士认为，如果设合理，太阳帆的最高速度可达光速的2%，即6000千米/秒。果真如此，星航行将成为可能。

太阳帆目前已成为广受青睐的宇航技术.俄罗斯，日本先后作过几次模拟尝试；美国也在研究太阳帆飞船，并为选择太阳帆的制造材料作了大量测试.美国宇航局预计2010年太阳帆飞船将历经15年以上的航程，飞行37亿千米直到太阳系边缘，或是携带仪器探测遥远的冥王星.我们相信，在不远的将来人类将有可能借助太阳帆邀游太空。

3.结论

现在利用光压进行原子冷却和捕陷，以及对介质微粒的操纵，已成为当今最热门的研究课题之一.光压不仅在物理方面应用而且在生命科学，化学以及工艺技术领域中有着广泛的应用前景，越来越受到人们的重视。