澳大利亚物理学家造出水面牵引波束 可制造波驱动推进器

王大发财

发出一束光，却能把远处的物体带回来，这是科幻小说中描写的牵引光束。据《科技日报》12日报道，最近澳大利亚国立大学（ANU）的物理学家造出了一种“牵引波束”：用造波器在水面生成特定波幅和频率的波，漂在水面的物体就会逆着水波传播方向朝波源运动。相关论文发表在最近的《自然•物理学》杂志上。

研究人员把一个乒乓球放入造波池

在实验中，研究人员把一个乒乓球放入造波池，计算出让乒乓球向他们希望方向运动的波幅和频率，用垂直振动活塞发出向外传播的衍射波产生表面涡流，就会形成与水波传播方向相反的水流纹路，牵引乒乓球按他们希望的路径移动。

“我们计算出了一种产生波的方法，能迫使漂浮物逆着水波方向运动，没人猜到会有这种结果。”负责该项目的ANU物理与工程研究院的豪斯特•庞茨曼说，目前还没有数学理论能解释这些实验。“这是最大的未解难题之一，迄今还没人能在浴缸里造出这种波，我们很惊讶以往没人描述过它。”研究小组引入了一套新的概念框架来理解这种波驱动水流，以此设计出向内、向外的表面推进，静态漩涡及其他更复杂的水流。在实验中，他们用不同形状的活塞造出了不同的涡流路径。

据物理学家组织网8月11日（北京时间）报道，研究人员在论文中指出，法拉第准驻波会产生水平漩涡，但迄今尚不清楚衍射波能否产生大范围的涌流，因为小振幅无漩涡的波只会推动物体沿着衍射方向移动。而此次实验证明，通过调节波幅变化把它们变成三维波，水面上的漂浮物就会被迫向着波源移动。

“我们发现超过一定的高度，这些复杂的三维波会在水面产生水流纹路。”该研究小组领导迈克尔•夏茨教授说，“牵引波束就是这种纹路的一种，能向内流、向外流或形成漩涡。”这种技术为人们提供了一种前所未有的方法，控制那些漂在水上的物体，就像科幻小说中移动物体的牵引光束。

牵引波束有着极为广泛的用途。研究人员指出，他们的发现为遥控水面物体、限制漏油带来了一种全新的技术，还有助于人们理解海洋漂浮物运动和波浪对海滨造成的破坏，以及制造出波驱动推进器。

在电影《星际迷航》中，一旦发现友好的星际飞船陷入危难，“进取”号飞船的船员便使用牵引波束将被困飞船拖拽到安全地带。固体物质会被光束推开，并被光子流带走，这项神秘的技术直到现在仍然超出物理学家的能力范畴，为此，他们一直在孜孜不倦地寻找。

《星际迷航》中，友好的星际飞船陷入危难，“进取”号飞船便使用牵引波束将被困飞船拖拽到安全地带。

2012年，纽约大学的两位物理学家——大卫-格里尔教授和研究生大卫-鲁菲纳已经研发出《星际迷航》型牵引波束，但只是在微观尺度下。他们利用基于激光的“镊子”型装置在二维尺度下将粒子拖拽微小的距离，可利用光束将粒子拖拽到光束的源头。

尽管新的发现是在水流之中，但研究水波的传播规律，或许会为光的牵引波束带来新的启发，帮助人来尽早打开这扇将科幻变成科学现实的窗口。（观察者）