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| 科学家首次用激光控制了流体 | ||
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仅凭借光的力量,就能创造一道水流!这不是神话小说里所描述的法术,而是真实的科学新发现。 最近,科研人员将一束激光打入肥皂水中,制造出一道长长的水流,最终水流破碎成小水滴。这意味着科学家找到了仅依靠光的力量改变流体外形及控制流体流动的新途径。相关的研究结果刊载在3月30日的《物理评论快报》杂志上。 实现了用光的力量控制流体,是否意味着今后我们可以像隔空打物那样通过光子来控制物体? 使用激光可以移动单个的粒子,这是科研人员早已发现的现象。不过这一次,科学家们则首次用激光的力量控制了流体。 这项研究源于法国波尔多大学科学家吉恩·皮埃尔·德尔维勒做的一项实验。物理学家们知道激光的热度能够移动液体,但这项实验完成之后,德尔维勒却发现了一个奇异的、出人意料的结果:激光本身———而不是其热度———的确能够推动液体。 科学实验意外发现,激光能驱使流体变形 据了解,实验原本是试图在强度不大的激光照射下,观察相同流体的行为。被采用的流体是水油混合物,专家认为这基本上就是肥皂水,它们被置于毛细管内。所谓“毛细管”,其实就是内径很细的管子。通常情况下,它们的内径等于或小于1毫米,管径有的细如毛发。通常来说,流体在毛细管内是很难流动的。 德尔维勒做实验的想法很简单,他无非是想看看激光打开后会发生什么事情,这些肥皂水被激光照射后将会发生怎样的变化。这就好比一个驾车者试图在废弃的公路上,测试动力强大的汽车性能究竟怎样。 德尔维勒打开了激光,紧接着便看到了令人不可思议的一幕…… 当以不同角度照射时,激光驱使流体变成了驼峰形状。更奇怪的是,将一束激光打入肥皂水中,还制造出一道长长的水流,最终水流破碎成小水滴。由于德尔维勒在光学研究方面拥有大量的经验,他意识到自己的发现十分奇特,但却百思不得其解。 这一奇特现象让美国教授温迪·张觉得十分奇怪,这位在芝加哥大学从事流体研究的教授,当时正巧被邀请参观波尔多大学物理实验室。张教授回到芝加哥后,便开始同本校研究生罗伯特·施罗尔一同推敲这一奇特现象背后的理论,他们的研究结果发表在3月30日的《物理评论快报》杂志上。 激光能够控制流体,那么理论上激光就可以控制液体 既然激光能够控制流体,是否意味着用激光就可以控制任意的液体呢? 中国科学院理论物理所研究员李淼认为,如果前者成立的话,那么后者从理论上说应该是没有问题的。 李淼告诉记者,流体顾名思义,就是流动的物体,它比通常所说的液体范围还要大一些。流体有两种定义,一种指的是有固定质量而没有固定形状的物体,如气体或液体;另外一种则是指一种物质承受任意大小的剪应力作用,会产生连续不断的变形,而这点与固体是不同的。“比如沥青,一般就不会将其称为液体,而是称为流体。” 据介绍,流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定、平衡位置的分子构成,它的基本特征是没有一定的形状,且具有流动性。流体都有一定的可压缩性,液体可压缩性很小,而气体的可压缩性较大。在流体的形状改变时,流体各层之间也存在一定的运动阻力(即黏滞性)。当流体的黏滞性和可压缩性很小时,可近似看作是理想流体,它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。 “既然流体的定义里包含有液体的含义,那么如果激光能够控制流体的话,理论上激光也可以控制液体。但实际上要做到这一点,是非常困难的。”李淼说。 |
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