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澳大利亚物理学家造出水面牵引波束 可制造波驱动推进器
关键字: 物理学澳大利亚水面牵引波束波驱动推进器物理学家波驱动牵引光束科技前沿发出一束光,却能把远处的物体带回来,这是科幻小说中描写的牵引光束。据《科技日报》12日报道,最近澳大利亚国立大学(ANU)的物理学家造出了一种“牵引波束”:用造波器在水面生成特定波幅和频率的波,漂在水面的物体就会逆着水波传播方向朝波源运动。相关论文发表在最近的《自然•物理学》杂志上。
研究人员把一个乒乓球放入造波池
在实验中,研究人员把一个乒乓球放入造波池,计算出让乒乓球向他们希望方向运动的波幅和频率,用垂直振动活塞发出向外传播的衍射波产生表面涡流,就会形成与水波传播方向相反的水流纹路,牵引乒乓球按他们希望的路径移动。
“我们计算出了一种产生波的方法,能迫使漂浮物逆着水波方向运动,没人猜到会有这种结果。”负责该项目的ANU物理与工程研究院的豪斯特•庞茨曼说,目前还没有数学理论能解释这些实验。“这是最大的未解难题之一,迄今还没人能在浴缸里造出这种波,我们很惊讶以往没人描述过它。”研究小组引入了一套新的概念框架来理解这种波驱动水流,以此设计出向内、向外的表面推进,静态漩涡及其他更复杂的水流。在实验中,他们用不同形状的活塞造出了不同的涡流路径。
据物理学家组织网8月11日(北京时间)报道,研究人员在论文中指出,法拉第准驻波会产生水平漩涡,但迄今尚不清楚衍射波能否产生大范围的涌流,因为小振幅无漩涡的波只会推动物体沿着衍射方向移动。而此次实验证明,通过调节波幅变化把它们变成三维波,水面上的漂浮物就会被迫向着波源移动。
“我们发现超过一定的高度,这些复杂的三维波会在水面产生水流纹路。”该研究小组领导迈克尔•夏茨教授说,“牵引波束就是这种纹路的一种,能向内流、向外流或形成漩涡。”这种技术为人们提供了一种前所未有的方法,控制那些漂在水上的物体,就像科幻小说中移动物体的牵引光束。
牵引波束有着极为广泛的用途。研究人员指出,他们的发现为遥控水面物体、限制漏油带来了一种全新的技术,还有助于人们理解海洋漂浮物运动和波浪对海滨造成的破坏,以及制造出波驱动推进器。
在电影《星际迷航》中,一旦发现友好的星际飞船陷入危难,“进取”号飞船的船员便使用牵引波束将被困飞船拖拽到安全地带。固体物质会被光束推开,并被光子流带走,这项神秘的技术直到现在仍然超出物理学家的能力范畴,为此,他们一直在孜孜不倦地寻找。
《星际迷航》中,友好的星际飞船陷入危难,“进取”号飞船便使用牵引波束将被困飞船拖拽到安全地带。
2012年,纽约大学的两位物理学家——大卫-格里尔教授和研究生大卫-鲁菲纳已经研发出《星际迷航》型牵引波束,但只是在微观尺度下。他们利用基于激光的“镊子”型装置在二维尺度下将粒子拖拽微小的距离,可利用光束将粒子拖拽到光束的源头。
尽管新的发现是在水流之中,但研究水波的传播规律,或许会为光的牵引波束带来新的启发,帮助人来尽早打开这扇将科幻变成科学现实的窗口。
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- 责任编辑:邱荔
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