雷射的神奇妙用

大科技雜誌社 發佈 2024-05-10T01:55:33.348427+00:00

雷射,是20世紀以來人類繼原子能、計算機、半導體後的又一重大發明,其亮度約為太陽光的100億倍。自雷射問世以來,雷射手術、雷射唱片、雷射舞台等等新生事物也層出不窮,而科學家的努力也讓雷射有了越來越多的「用武之地」。發射雷射下場雨說起人工降雨,我們並不會感到陌生。

雷射,是20世紀以來人類繼原子能、計算機、半導體後的又一重大發明,其亮度約為太陽光的100億倍。自雷射問世以來,雷射手術、雷射唱片、雷射舞台等等新生事物也層出不窮,而科學家的努力也讓雷射有了越來越多的「用武之地」。

發射雷射下場雨

說起人工降雨,我們並不會感到陌生。在乾旱的季節里,為了滿足農業的雨水需求,人們常常會用飛機或者高射炮向雲中播撒碘化銀等催化劑,它們可以在雲中形成凝結核,使雲中的水氣聚攏凝成水滴或冰晶,當水滴達到一定的重量時,便會向下墜落,形成降雨。

過去的50多年裡,人們一直在使用這樣的方法進行人工降雨,但是這種催化降水的方式的效率和雲層中本來含有的水分多少息息相關,因此很難預測。另外,碘化銀分子通過這種方式進入大氣,會不會給環境造成不良影響,我們也很難判定。

瑞士日內瓦大學的光學物理學家卡斯帕里安和他的同事試圖找到一種完全不同的方法,來解決人工降水的問題,他們想到了雷射。

他們在實驗室里開始了自己的實驗。一開始,他們準備了一個包含大量水分子的隔離間,然後用高能雷射向內射擊,結果發現隔離間內很快凝結了大量水珠。原來,雷射光柱在射擊時,將自己周圍的氮氣和氧氣分子電離了,而這些被電離後的分子起到了凝結核的作用,水滴也就自然而然地生成了。

而後,科學家們在室外進行了實驗,他們直接用雷射射擊雲朵,結果發現,只要雲朵本身含有的水分較多,就能成功地形成降水並增加降水量。雖然目前這一技術並不成熟,還有許多問題亟待科學家們探索解決,但是雷射降水這種環保的人工降水法一旦研發成熟,應該會替代我們現有的化學人工降水方法吧!

沐浴雷射變隱形

提到隱形,我們首先想到是肯定是各種童話或者神話故事中的隱形斗篷。在作家的描述中,人們只要披上這種隱身斗篷,就可以大搖大擺地走到任何地方而不被發現,真可謂打家劫舍、藏匿跑路之必備用品。科學家們經過數十年的研究,利用光的散射折射或者使光彎曲等原理,真的製造出了能夠讓人臨時「隱身」的斗篷,但這種隱身還是需要被隱藏的物或人覆蓋一層特殊感光材料才能得以實現。

但是最近,倫敦帝國學院的克里斯•菲利浦斯教授發現,利用雷射技術,物體可以自己「隱形」。他利用雷射改變了物質的感光模式,從而使物質自己「隱藏」了起來。那麼這項技術的原理是怎樣的呢?

首先,我們要知道我們為什麼可以看到東西。要知道,我們的眼睛之所以能夠看到這個色彩繽紛的世界,是因為有光的存在。光線在照射到一種物質表面時,會有一定波長的光子被吸收,而另外一部分不被吸收的光子則被反射出來,正是被反射出來的光線在我們的眼中形成了圖像。

菲利浦斯教授正是利用了這一原理,使用「耦合雷射」,也就是將幾種雷射配合起來使其相互作用形成的光束投射向一個物體,這種雷射不像普通的光源那樣可以被物體表面的物質吸收反射或折射。沒有了光的反射和折射,我們的眼睛也就看不到物體了。

如果這種方法能夠應用到現實生活中,人們就可以輕鬆地將自己家裡貴重的物品「隱藏」起來,而不被壞人發現,魔術師也有了更方便有效的魔術手段。但是我們不得不遺憾地說,目前這種技術還只能在實驗室中實現,因為想要製作「耦合雷射」需要大量不同波長的雷射以及數百萬瓦功率的電源,造價高昂到令人瞠目,所以想體會雷射隱形的好處,還需要耐心等待哦!

雷射一掃,心跳變速

如果說利用雷射進行人工降水或者隱藏身形還不夠刺激,那麼用雷射控制人的心跳頻率又怎麼樣呢?科學家經過長期研究,發現了使用紅外線雷射控制生物胚胎心跳的方法,這一研究有助於人們對心臟病有著進一步的了解與認識。

用紅外線控制胚胎心跳的實驗首先是在已經發育的鵪鶉蛋中進行的。科學家選用的鵪鶉胚胎剛剛發育2~3天,這時它們的心臟只有約2立方毫米大小,從本質上說,這時的心臟只是一團細胞而已,還沒有形成四腔室的心臟結構。研究人員利用光導纖維將紅外線脈衝發射到距離鵪鶉胚胎只有50厘米的位置上。

在他們打開雷射之前,鵪鶉胚胎的心跳頻率大約為每1.5秒一次,而當雷射被激發之後,鵪鶉胚胎的心跳則變成了1秒鐘兩次,比之前快了一倍還多。更神奇的是,鵪鶉胚胎心跳的頻率是與雷射的脈衝頻率相一致的,也就是說,研究人員完全可以通過調節雷射的脈衝頻率控制胚胎的心跳。

我們知道,有一些孩子在胚胎時期就已經患有了心臟病,他們的心跳頻率與正常健康的孩子有所不同。如果能夠通過雷射改變其胚胎時的心跳頻率,讓他們適應正常的心跳節奏,或許真的能夠使這些孩子在出生後像正常的孩子一樣擁有一顆健康的心臟。

雷射的妙用真是數不勝數,不遠的未來,科學家一定還會發明創造出更多讓我們驚嘆的研究成果,如果你也對雷射感興趣,不妨自己動手,發現雷射更多的奧秘吧!

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