科學百科76期丨光能夠對物質施加力嗎？

本期為大家?guī)恚?/p>

《你知道嗎——現(xiàn)代科學中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。

作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學中的一百個尖端課題。

其中，有些是了解現(xiàn)代科學技術所必須具備的基礎知識，如科學的研究方法、二進制數(shù)、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第七十六個問題：

光能夠對物質施加力嗎？

光束含有能量，當它投射到一個不透明的物體上并被吸收時，能量就會發(fā)生某種變化。其中的大部分轉換為熱，也就是說，構成不透明物體的粒子在獲得光能之后，就開始更加快速地振動。

然而，光束能夠對不透明的物體施加直接的力嗎？光束能夠把它的運動傳給那個吸收它的物體嗎？一個運動中的大而重的物體對任何阻擋在它前進道路上的東西的影響是明顯的。滾木球戲中的滾球擊中了一個柱，就會使它飛起來。但光由無質量的粒子所組成，它仍然能夠把它的運動傳遞給物質，并對物質施加力嗎？

早在1873年，蘇格蘭物理學家麥克斯韋就從理論上研究了這個問題。他指出，光即使是由無質量的波所組成，也仍然會對物質施加力。這種力的大小取決于運動光束中每單位長度所含的能量。有一件令人注目的事。假定你有一個手電筒，你將它正好開一秒鐘。它在這一秒鐘內發(fā)射的光含有大量的能量，但就在這一秒鐘內，發(fā)射出的光的第一部分已經走了約30萬公里。手電筒在一秒鐘內所發(fā)出的全部光就分成那樣長的一道光束，所以，這道光束中每一米或甚至每一公里長度中的能量確實是很小的。

正是由于這個原因，在通常情況下我們并不覺得光對物質有任何作用力。

不過，假定你取一根輕的橫桿，在橫桿兩端各有一個平圓盤，然后用一根細石英絲拴在橫桿的中央，把它懸吊起來。在一圓盤上施加極小的一點力，就會使橫桿圍繞著石英絲扭轉。如果一道光束照在一個圓盤上，那么，只要這道光束對圓盤施加了力，這個橫桿就會旋轉。

當然，如果稍有一點微風推動著圓盤，那么，光束的這種微小的力就會被掩蓋起來，所以整個裝置必須封閉在一個小室內。就連空氣分子碰撞圓盤所產生的力也會比光力大得多。因此，這個小室必須抽成高真空。完成了這樣的設施并采取了某些其他的預防措施之后，當一道強烈的光束照射在圓盤上時，就有可能測出圓盤位置的微小移動。

1901年，兩位美國物理學家尼科爾斯和赫爾在達特默思學院完成了這樣的實驗，證明光確實能產生一種力，這種力的大小正好同二十八年前麥克斯韋所預言的差不多。幾乎與此同時，俄國物理學家列別捷夫用稍微復雜一點的裝置，也證實了這種情況。

這種“輻射壓力”的存在被證實以后，天文學家相信這種壓力說明了關于彗星的某種有趣的現(xiàn)象。彗星的尾部總是指著背離太陽的方向，當彗星接近太陽的時候，彗尾就拖在后面。當彗星最接近太陽并繞著太陽運動時，它的尾部就來回擺動。然后，當彗星離開太陽時，它的尾部卻跑到它的前面去了。

于是天文學家就這樣想：“啊哈，這就是輻射壓力！”

大約有半個世紀，他們一直認為這是真實的，但是他們錯了。太陽光的輻射壓力并不夠強，把彗星尾部推向背離太陽的方向的是太陽風。