Ученые создали мощнейший на сегодня звуковой тяговый луч

Группа исследователей создала действующую модель звукового тягового луча ( привет, star trek! ).

В научной фантастике тяговый луч используется для буксировки космического корабля или отталкивания других объектов. Как правило, он выглядит как луч света, который может приложить силу гравитации к намеченной цели, но реальный транспортный луч из лаборатории имеет несколько другие свойства. Группа исследователей во главе с Габриэлем Спалдиенгом из Иллинойского Университета и Майклом МакДональдом из Университета Данд в Шотландии объявили о создании мощнейшего на сегодня звукового тягового луча. Конструкция устройства была опубликована в журнале Physical Review Letters.

В 1970 году физик Артур Эшкин обнаружил, что свет может не только оказывать давление на материю, но также может притягивать микроскопические частицы нейтрального вещества, и он описал это явление как "отрицательное давление излучения". Базируясь на той-же идее, исследователи построили тяговый луч, способный манипулировать объектами до 1 см в диаметре с усилием в несколько милиНьютон. Кажется немного, но это, несомненно, самый сильный из существующих тяговый луч. Один сантиметр это на шесть порядков больше, чем объекты, которыми удавалось манипулировать до этого.

Помимо размера, для объекта который мы пытаемся подтянуть, есть и другие ограничения. Форма объекта также имеет значение - у луча возникают сложности с объектами, у которых есть широкая плоская поверхность. Кроме того, лазерный луч воздействует на звук, которого просто нет ​в безвоздушном пространстве, и эта технология не будет применяться на космических кораблях.

Однако есть множество потенциальных возможностей применить эту технологию в медицине. Она может быть использована для манипулирования отдельными клетками, для отделения больных клеток от здоровых. Также ей найдется применение в бескровной хирургии - например концентрированными ультразвуковыми лучами можно разбить камни в желчном пузыре, кисту, или опухоль.

Тяговый луч это только один из способов, которыми Спалдинг заставляет сбываться научную фантастику. Ранее он создал прототип звуковой отвертки (sonic screwdriver), такой, как у Доктора в сериале "Доктор Кто" (Doctor Who). Также он занимался голографическими массивами - что-то вроде голопалубы (holodeck) в Звёздном Пути (StarTrek).

схема работы луча
схема работы луча

Пояснения к картинке:

  • a) Не консервативная* толкающая сила, действующая на объект плоской волной.
  • b) Уменьшение толкающей силы при применении не параксиального** луча из-за повышения рассеяния в передней части объекта
  • c) Авторы использовали цель, обеспечивающую максимальное рассевание акустического излучения в передней части, что привело к появлению тяговой не консервативной силы.

*Консервативная сила - сила которая не зависит от вида траектории.
**Параксиальный луч - луч, совпадающий с оптической осью.