「隨著一束光線落下，整個人都飛了起來，被拉進了上方的飛船。」這是只有在科幻電影中才能看見的畫面，現在卻正在被科學家們實現。
用光來牽引物體對于公眾和科學家來說，都是一個令人激動的話題。雖然聽起來有些反常識，但其實并非不可能。
自四百年前德國天文學家開普勒，試圖理解彗星尾巴背離太陽的現象以來，人們就逐漸發現光其實也擁有能量和動量。
這一發現，啟發了人們為外太空飛行器制作太陽帆的構想。也意味著光束可用于各種類型的光學操作，例如懸浮和旋轉。
這不，研究人員就開發出了一種使用激光拉動巨觀物體的方法，是激光牽引首次用于較大物體的案例之一。之所以這麼說，是因為以前已經有不少微納物體的光學牽引案例。
在過去的幾十年中，科學家已經在真空、氣體介質和液體中實現了包括懸浮、推動和旋轉在內的各種光學操作，其中最典型的方法要屬「光鑷」和「激光原子氣體的冷卻」。
以光鑷為例，顧名思義就是用光做的鑷子。這是固定尺寸極小的物體，例如細菌、病毒等用以觀察的重要工具。而這背后的原理其實并不復雜。
日常生活中，我們經常能看到光穿過玻璃、水等透明介質時會發生折射。而光也是擁有動量的，所以當其運動方向發生改變時，也就存在力的作用。
基于此，假設當一束激光通過玻璃小球的右側并向左折射時，相當于光受到了一個向左的力，同時也給玻璃小球帶去了一個向右的反作用力。
因此兩束平行的光就能鎖住玻璃小球，反之就能移動玻璃小球。甚至通過控制光線的焦點，還能將小球「吸」向光源方向。
于是基于此原理，在1987年，科學家無意中發現，可以用一束激光實現對細菌這樣的活生命體的無損傷的三維捕獲，自此基于激光的光鑷技術誕生了。
但自上個世紀90年代以來，此類技術的研究進展非常緩慢，始終停留在微觀層面。因此科學家們一直在研究新型的光學操作，基于動量傳遞和能量傳遞的物理原理，提出了多種光束牽引方案。
例如由研究人員于近期發表在《Optics Express》上的研究，就介紹了一種在稀薄氣體中，激光對巨觀物體的牽引方式，也是激光牽引首次用于較大物體的案例之一。
上圖：激光可用于將巨觀物體拉向它
為此，他們開發了一種石墨烯氣凝膠/二氧化硅的雙層復合結構，當用激光照射時，該結構在遠離激光的一側變熱，產生一個反向的溫度差。
這意味著該結構背離激光的一面的氣體分子會收到更多的能量，并將物體推向光源。將這一點與稀薄氣體環境的低氣壓相結合，研究人員能夠獲得足以移動巨觀物體的激光拉力。
上圖：激光拉力的測量原理
而為了獲得更精確的數據，在實驗中，研究人員選擇使用輕質扭擺裝置定性地描述了激光牽引現象，用重力擺裝置測量了激光牽引力。并在真空室內進行，內部空氣壓力為5 Pa。
在沒有激光照射的情況下，扭擺不動。隨后一束波長為532nm的連續高斯激光束，從右至左照射在石墨烯氣凝膠/二氧化硅的雙層復合結構的背面——二氧化硅層上。
上圖：巨觀激光拉動機理及扭擺實驗裝置
而當照射在材料上的激光功率達到60mW，觀察到扭擺逆時針旋轉，巨觀石墨烯氣凝膠/二氧化硅樣品被拉向光源。
此外，為研究激光功率與扭擺轉角之間的關系，他們利用波長為488nm的激光束照射在材料上，并通過將激光功率逐漸從17mW增加到85mW，發現扭擺的最大旋轉角度從1°增加到8.3°。
上圖：不同激光波長的巨觀激光拉動
最終更令人興奮的是，他們發現產生的拉力比光壓大三個數量級以上。并且激光拉動是可重復的，而且力還可以通過改變激光功率來調控。
不過需要注意的是，研究人員警告說，這項工作只是概念證明，該技術的許多方面都需要改進才能實用。未來還有很長的路要走。
但無論如何，該實驗成功將光學牽引的范圍從微觀擴展到巨觀，不再像之前那樣只能控制細菌病毒，為巨觀光學操作提供了有效的技術途徑。
同時研究人員表示，他們用來演示該技術的稀薄氣體環境與在火星上發現的環境相似。因此，它有可能有一天操縱火星上的車輛或飛機。
因此咱們完全可以大膽想象一下，航天員從飛船上射下一段光束，照在火星車上，火星車就飛離火星表面，被召回了。這是多麼美妙的一件事情啊！
