2024年9月14日

肥皂泡的光学和力学特性,相关肥皂泡的魔术师

请想像一条大江河到三角洲的场景:在那儿,主河道分裂成几个干支流,干支流向前流,又分裂成较小的干支流……这与一盆水撒到地面上,一下子就散掉大异其趣。这一状况被称作支系流动。专家之前就已经在电流量、大海合音波的传播里都观察到了。近期,非洲科学家又第一次在能见光中注意到支系流动状况——而这一切只需一束激光器和一个肥皂泡。但是,器械看似简单,做这项研究有一定的趣味性。

香皂膜是放在双层表活剂(除垢用的化学物质)分子中间的一层很薄的液体膜。膜薄厚发生变化,从大概5纳米技术到几微米不一。这类厚度转变恰好是肥皂泡在太阳底下也会产生五彩斑斓花纹的缘故;并且受周边气旋产生的影响,膜上任何一点厚度都是在时时刻刻转变,这到底造成图案设计变幻莫测。

在这样一个实验操作中,你要用一束激光照射肥皂泡,但是并不是使你从外到里竖直地射中香皂膜——这太容易了。如果将膜截面形容成一块三明治,两层是表活剂分子,中间水层,那现在首先你得用一根细微的光纤插进香皂膜水层,再让激光束平行面地顺着水层直射。因此你会看到:激光束在肥皂泡的球面上,起先划分成几个,每一道在向前传递的情况下,又分裂成更准的光束……原来专家认为,因为膜厚度偶然性,激光束会一下子就分散化成一个个小斑点,相近水洒到地上的现象。

上边只提到水对光线产生的影响,我觉得这个功效都是相互的,水对光线有作用,相反光对水也有作用,只不过是光线的转变很容易被见到,且不发光水发生的变化,不易被发觉罢了。因为我们知道,仅是由一个个光量子所组成的。光量子打到物体表面,如同乒乓球赛打在墙壁上一样,会让物件造成相互作用力。当物件是膜里的分子时尤为明显,能使分子挪位置。因此,通过调节激光束强度,能够局部控制水流动。

这一状况也许也可以用来科学研究牛顿力学。牛顿力学觉得,大质量天体会让它四周的时空弯曲。假如星体在转动,甚至还能拖拽周边的时空一起旋转,就好比你用一根筷子搅面疙瘩汤一样,造成螺旋状的涡旋。从这里出发你会看到,尽管时光并不是一般意义上的液体,但表现的很像液体。在本文介绍这个实验操作中,即然光可以更改流体流动,那我们不妨好奇的问一句:光传播会始终不变时间与空间“流动”呢?或,在强重力场中,光分支流动状况是否会产生呢?假如缘分天定,那绝对是一个伟大的发觉。