นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างลำแสงของรถแทรกเตอร์มาโครสโคปิกโดยใช้แสงเลเซอร์

คานแทรกเตอร์ให้ความรู้สึกที่เป็นธรรมชาติ สสารและพลังงานมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันนับไม่ถ้วนทั่วทั้งจักรวาล แม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงเป็นทั้งพลังธรรมชาติที่สามารถดึงดูดวัตถุเข้าด้วยกัน ดังนั้นจึงเป็นแบบอย่าง

แต่วิศวกรรมลำแสงของรถแทรกเตอร์จริงๆ นั้นแตกต่างออกไป

แทรคเตอร์บีมเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเคลื่อนย้ายวัตถุได้จากระยะไกล แนวคิดนี้มาจากเรื่องราวไซไฟในปี 1931 ที่ชื่อว่า SpaceHounds ของ IPC:

“มีบางอย่างเช่น ray-screen, you kill-joy และยังมีรังสียกหรือแทรคเตอร์ด้วย – สองสิ่งที่ฉันพยายามสูบฉีดออกไปและที่คุณให้
ฉันเชียร์บรองซ์ ชาวไททันมีรถไถนามาหลายปีแล้ว – เขาส่งยาเสพติดให้ฉันจนหมด – และชาว Jovian ก็มีทั้งสองอย่าง เราจะได้มันในสามวัน และมันควรจะค่อนข้างง่ายที่จะฉีดสารตรงข้ามของรถแทรกเตอร์ด้วย – คานดันหรือเพรสเซอร์”

ถ้านิยายวิทยาศาสตร์มีอะไรจะพูดเกี่ยวกับเรื่องนี้ คานแทรกเตอร์คงเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว และเราก็ขอบคุณ สตาร์เทรค และ สตาร์วอร์ส เพื่อการแพร่พันธุ์ของพวกมัน

แต่คานแทรคเตอร์มีอยู่แล้ว แม้ว่าระยะเอื้อมของมันจะเล็กมากก็ตาม

ลำแสงไมโครสโคปแทรคเตอร์ใช้ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าแหนบออปติคัล แหนบแบบออปติคอลใช้เลเซอร์ในการเคลื่อนย้ายวัตถุขนาดเล็ก เช่น อะตอมและอนุภาคนาโน พวกมันถูกใช้ในชีววิทยา นาโนเทคโนโลยี และในทางการแพทย์

ลำแสงแทรคเตอร์เหล่านี้ทำงานบนวัตถุขนาดเล็กแต่ไม่แข็งแรงพอที่จะดึงวัตถุขนาดมหึมาขนาดใหญ่ได้

ขณะนี้ทีมนักวิจัยได้สาธิตลำแสงของรถแทรกเตอร์ขนาดใหญ่สำเร็จแล้ว พวกเขาตีพิมพ์บทความอธิบายงานของพวกเขาในวารสาร ออพติค เอ็กซ์เพรส. ชื่อเรื่องของมันคือ “การดึงด้วยเลเซอร์ด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยอาศัยแรง Knudsen ในก๊าซที่หายาก” และผู้เขียนนำคือ Lei Wang จาก QingDao University of Science and Technology ในประเทศจีน

“ในการศึกษาก่อนหน้านี้ แรงดึงแสงน้อยเกินไปที่จะดึงวัตถุขนาดมหึมา” พูดว่า วัง

“ด้วยแนวทางใหม่ของเรา แรงดึงแสงมีแอมพลิจูดที่ใหญ่กว่ามาก อันที่จริง มันมีขนาดใหญ่กว่าแรงกดแสงที่ใช้ในการขับเคลื่อนเรือใบสุริยะมากกว่าสามลำดับ ซึ่งใช้โมเมนตัมของโฟตอนในการออกแรงผลักเพียงเล็กน้อย บังคับ.”

ลำแสงของรถแทรกเตอร์ขนาดใหญ่นี้ทำงานภายใต้เงื่อนไขของห้องปฏิบัติการเฉพาะเท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นการสาธิต ไม่ใช่การพัฒนาจริง อย่างน้อยก็ยังไม่ได้

ประการแรก มันทำงานกับสิ่งที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์: กราฟีน-SiO ด้วยกล้องจุลทรรศน์₂ วัตถุประกอบที่นักวิจัยสร้างขึ้นเพื่อการทดลอง

ประการที่สอง ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซหายาก ซึ่งมีความดันต่ำกว่าชั้นบรรยากาศโลกมาก แม้ว่าสิ่งนี้จะจำกัดประสิทธิภาพบนโลก แต่ก็ไม่ใช่ทุกโลกที่มีความดันบรรยากาศมากเท่ากับโลกของเรา

“เทคนิคของเราให้วิธีการดึงแบบไม่สัมผัสและระยะไกล ซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับการทดลองทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ” พูดว่า วัง

“สภาพแวดล้อมของก๊าซที่หายากที่เราใช้ในการสาธิตเทคนิคนี้มีความคล้ายคลึงกับที่พบใน ดาวอังคาร. ดังนั้นมันอาจมีศักยภาพในการจัดการยานพาหนะหรือเครื่องบินบนดาวอังคารในสักวันหนึ่ง”

อุปกรณ์ของพวกเขาทำงานบนหลักการให้ความร้อนด้วยแก๊ส เลเซอร์ให้ความร้อนแก่วัตถุที่ประกอบขึ้น แต่ด้านหนึ่งจะร้อนกว่าอีกด้าน โมเลกุลของแก๊สที่อยู่ด้านหลังจะได้รับพลังงานมากขึ้นซึ่งจะดึงวัตถุ เมื่อรวมกับความดันที่ต่ำกว่าในสภาพแวดล้อมของก๊าซที่หายาก วัตถุจะเคลื่อนที่

นักวิจัยได้สร้างอุปกรณ์ลูกตุ้มบิดหรือหมุนที่ทำจากกราฟีน-SiO₂ โครงสร้างคอมโพสิตเพื่อแสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์การดึงด้วยเลเซอร์ การสาธิตนั้นทำให้มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า พวกเขาใช้อุปกรณ์อื่นเพื่อวัดผลกระทบ

“เราพบว่าแรงดึงมีค่ามากกว่าแรงดันแสงมากกว่าสามคำสั่ง” พูดว่า วัง “นอกจากนี้ การดึงด้วยเลเซอร์ยังสามารถทำซ้ำได้ และสามารถปรับแรงได้โดยการเปลี่ยนกำลังของเลเซอร์”

นักวิจัยคนอื่นมี คานรถไถ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยผลลัพธ์ที่หลากหลาย NASA สนใจที่จะติดตามแนวคิดของการใช้ลำแสงรถแทรกเตอร์เพื่อเก็บตัวอย่างด้วยรถแลนด์โรเวอร์ MSL Curiosity เครื่องมืออย่างหนึ่งของ Curiosity คือ ChemCam

ประกอบด้วยเลเซอร์ที่ทำให้หินหรือเรโกลิธกลายเป็นไอ จากนั้นจึงใช้ไมโครอิมเมจเพื่อวัดส่วนประกอบทางสเปกโทรสโกปี แต่ NASA สงสัยว่าลำแสงของรถแทรกเตอร์สามารถดึงอนุภาคขนาดเล็กจากตัวอย่างที่ระเหยกลายเป็นไอเข้าไปในรถแลนด์โรเวอร์เพื่อการศึกษาที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นได้หรือไม่

ก การนำเสนอของ NASA NIAC จากปี 2010 กล่าวว่า: “หากเทคโนโลยี Tractor Beam ถูกรวมไว้ใน ‘ChemCam2’ เพื่อดึงฝุ่นและอนุภาคพลาสมา ลำแสงของรถแทรกเตอร์สามารถเพิ่มชุดความสามารถด้านวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมได้:

• เลเซอร์สเปกโตรสโคปีไอออน desorptive
• มวลสาร
• รามันสเปกโทรสโกปี
• เอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนต์”

การนำเสนอเดียวกันกล่าวว่าสามารถใช้ลำแสงรถแทรกเตอร์เพื่อรวบรวมอนุภาคจากหางดาวหาง ก้อนน้ำแข็งบนเอนเซลาดัส และแม้แต่เมฆในชั้นบรรยากาศโลกหรือชั้นบรรยากาศอื่นๆ

สิ่งนั้นไม่เคยเกิดขึ้นจริง แต่มันแสดงให้เห็นว่าความคิดนั้นน่าสนใจเพียงใด

งานวิจัยใหม่นี้ให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ แม้ว่าจะไม่ใกล้เคียงกับการนำไปปฏิบัติจริงก็ตาม มีงานและวิศวกรรมจำนวนมากที่จำเป็นก่อนที่จะเข้าใกล้การปฏิบัติจริง

ประการหนึ่ง จำเป็นต้องมีพื้นฐานทางทฤษฎีที่เข้าใจกันดีซึ่งอธิบายว่าผลกระทบทำงานอย่างไรกับวัตถุที่มีขนาดและรูปร่างต่างกัน และกับเลเซอร์ที่มีกำลังต่างกันในบรรยากาศที่แตกต่างกัน

นักวิจัยรู้เรื่องนี้แน่นอน แต่ชี้ให้เห็นว่ามันยังคงแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่มีประสิทธิภาพ

“งานของเราแสดงให้เห็นว่าการจัดการแสงที่ยืดหยุ่นของวัตถุขนาดมหึมาเป็นไปได้เมื่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสง วัตถุ และตัวกลางได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง” พูดว่า วัง

“มันยังแสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารกับเลเซอร์ และปรากฏการณ์หลายอย่างยังห่างไกลจากความเข้าใจทั้งในระดับมหภาคและระดับจุลภาค”

ส่วนที่สำคัญคือการศึกษานี้ย้ายลำแสงของรถแทรกเตอร์จากกล้องจุลทรรศน์ไปยังกล้องจุลทรรศน์ นั่นเป็นเกณฑ์สำคัญที่ยากจะข้ามไปได้

“ผลงานชิ้นนี้ขยายขอบเขตของการดึงออปติคัลจากระดับไมโครไปสู่ระดับมหภาค ซึ่งมีศักยภาพที่ดีในการปรับแต่งออปติคอลระดับมหภาค” ผู้เขียน เขียน ในข้อสรุปของพวกเขา

ยานอวกาศอาจใช้ลำแสงแทรกเตอร์ได้อย่างดีในวันหนึ่ง แต่พวกมันไม่น่าจะดูเหมือนอะไรเหมือนในนิยายวิทยาศาสตร์ สตาร์วอร์ส, สตาร์เทรคและ สเพซฮาวด์ของ IPC ทั้งหมดมีลำแสงแทรกเตอร์ในการต่อสู้และความขัดแย้ง

แต่ในความเป็นจริงแล้ว พวกมันสามารถกลายเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีค่าได้

บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดย จักรวาลวันนี้. อ่าน บทความต้นฉบับ.