物理學家造出水面牽引波束
- 發佈時間：2014-08-12 10:31:10 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者常麗君）發出一束光，卻能把遠處的物體帶回來，這是科幻小説中描寫的牽引光束。最近，澳大利亞國立大學（ANU）的物理學家造出了一種“牽引波束”：用造波器在水面生成特定波幅和頻率的波，漂在水面的物體就會逆著水波傳播方向朝波源運動。相關論文發表在最近的《自然·物理學》雜誌上。
在實驗中，研究人員把一個乒乓球放入造波池，計算出讓乒乓球向他們希望方向運動的波幅和頻率，用垂直振動活塞發出向外傳播的衍射波産生表面渦流，就會形成與水波傳播方向相反的水流紋路，牽引乒乓球按他們希望的路徑移動。
“我們計算出了一種産生波的方法，能迫使漂浮物逆著水波方向運動，沒人猜到會有這種結果。”負責該項目的ANU物理與工程研究院的豪斯特·龐茨曼説，目前還沒有數學理論能解釋這些實驗。“這是最大的未解難題之一，迄今還沒人能在浴缸裏造出這種波，我們很驚訝以往沒人描述過它。”研究小組引入了一套新的概念框架來理解這種波驅動水流，以此設計出向內、向外的表面推進，靜態漩渦及其他更複雜的水流。在實驗中，他們用不同形狀的活塞造出了不同的渦流路徑。
據物理學家組織網8月11日（北京時間）報道，研究人員在論文中指出，法拉第準駐波會産生水準漩渦，但迄今尚不清楚衍射波能否産生大範圍的涌流，因為小振幅無漩渦的波只會推動物體沿著衍射方向移動。而此次實驗證明，通過調節波幅變化把它們變成三維波，水面上的漂浮物就會被迫向著波源移動。
“我們發現超過一定的高度，這些複雜的三維波會在水面産生水流紋路。”該研究小組領導邁克爾·夏茨教授説，“牽引波束就是這種紋路的一種，能向內流、向外流或形成漩渦。”這種技術為人們提供了一種前所未有的方法，控制那些漂在水上的物體，就像科幻小説中移動物體的牽引光束。
牽引波束有著極為廣泛的用途。研究人員指出，他們的發現為遙控水面物體、限制漏油帶來了一種全新的技術，還有助於人們理解海洋漂浮物運動和波浪對海濱造成的破壞，以及製造出波驅動推進器。
總編輯圈點
在電影《星際迷航》中，一旦發現友好的星際飛船陷入危難，“進取”號飛船的船員便使用牽引波束將被困飛船拖拽到安全地帶。固體物質會被光束推開，並被光子流帶走，這項神秘的技術直到現在仍然超出物理學家的能力範疇，為此，他們一直在孜孜不倦地尋找。儘管新的發現是在水流之中，但研究水波的傳播規律，或許會為光的牽引波束帶來新的啟發，幫助人來儘早打開這扇將科幻變成科學現實的窗口。
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