Крылья самолета, как известно, опираются на воздух. Но, как выяснили ученые, подобную роль способен играть и свет.
Эксперимент продемонстрировал эффект, похожий на аэродинамический. Покадровая съёмка показывает смещение микроскопического "крыла" под действием потока света Фото с сайта nature.com.
Этот эффект был впервые продемонстрирован в ходе эксперимента с использованием крошечных стеклянных палочек.
Эксперимент, описанный в журнале Nature Photonics, свидетельствует о том, что аэродинамические принципы применимы к давлению, которое оказывает световое излучение.
Этот исследование представляет практический интерес для разработчиков так называемого "солнечного паруса" — двигателя космического корабля, основанного на использовании энергии света.
Каждый фотон несет собственный волновой момент, и, как утверждают авторы исследования, когда свет проникает сквозь какой-либо материал, возникает "светодинамический" эффект, похожий на аэродинамический.
Это давление, оказываемое световым излучением, уже давно интересует разработчиков космических кораблей, поскольку теоретически "солнечный парус" дает возможность создавать не нуждающиеся в бортовом топливе аппараты для путешествий в глубины космоса.
Но как говорит исследователь Технологического университета Рочестера Гровер Шварцландер, до сих пор никто не думал о том, что в случае со светом применим принцип, похожий на тот, что используется в аэродинамике.
"Светодинамика"
Группа ученых Технологического университета Рочестера поначалу использовала компьютерную симуляцию это процесса, в котором роль "крыла" играли полуцилиндрические стеклянные палочки.
Одна из проблем «солнечного паруса» в том, что он не всегда повернут нужным образом
Ортвин Хесс
Исследователи хотели понять, что происходит, когда через эти палочки проходит поток несфокусированного света.
Они обнаружили, что в ходе компьютерного эксперимента стеклянные палочки не только поднимаются, но и разворачиваются, ориентируясь в определенной плоскости.
После этого ученые провели эксперимент с настоящими стеклянными палочками тоньше человеческого волоса, опущенными в воду, через которую проходил луч лазера.
Палочки вели себя точно также же, как и их виртуальные аналоги в ходе компьютерной симуляции.
Учитывая, что эффект давления светового излучения был известен давно, самое удивительное то, что до сих пор никто не пришел к идее "оптического подъема" по принципу самолетного крыла.
В отличие от оптического пинцета, для достижения поперечной силы в новой схеме не требуется градиента интенсивности света Фото с сайта nature.com.
"Они провели эксперименты с использованием оптической энергии, о которой было хорошо известно. Но использовали они ее таким образом, что результатом стало коллективное движение объектов", — говорит исследователь Имперского колледжа в Лондоне Ортвин Хесс.
По его мнению, результаты эксперимента имеют важное практическое значение.
"Одна из проблем "солнечного паруса" в том, что он не всегда повернут нужным образом. Поэтому самокоррекция его элементов была бы большим шагом вперед", — объясняет Ортвин Хесс.
Этот эффект также интересует ученых, работающих с еще меньшими объектами, чем те, что были использованы в эксперименте.
Доктор Шварцландер говорит, что его группа продолжит работу по оптимизации "светодинамического" профиля объектов, после чего попробует работать "в микроскопическом режиме", чтобы "попробовать привязывать к ним и двигать мелкие частицы, например биологические ткани".
