在人类探索自然的漫漫长路上，光一直是备受瞩目的焦点。从美索不达米亚人首次使用透镜，到列文虎克借助显微镜发现细胞；从牛顿对光的衍射现象展开探索，到爱因斯坦提出相对论，我们对光这位神秘“伙伴”的好奇从未消散。

如今，哈勃望远镜的“兄弟”——造价超百亿的韦伯望远镜，为我们捕捉到了131年前的璀璨星空，展现了光在浩瀚宇宙中的奇妙旅程。

而在肉眼难以触及的微观世界里，光同样扮演着开拓未来的关键角色，光镊的出现便是最好的例证。

光镊，听名字就很奇妙，简单来说，它是一把由光制成的“镊子”。但无形的光究竟如何与有形物体相互作用呢？

这得从光的压力说起。在科幻小说里，曾幻想过一种太阳帆船，它没有巨大的引擎，船体纤细，却凭借背后巨大的太阳风帆，借助光压的力量离开太阳系。

1871年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，并推测其能对物体产生压力。1899年，俄罗斯物理学家列别杰夫成功在固体上测量到电磁波辐射压，证实了光压的存在。

光既是粒子，也是电磁波的一种，虽然它产生的压力极其微弱，却真实存在。

根据爱因斯坦的质能方程，光子没有内禀质量，却有光压，这是因为质能方程的另一种形式表明，当光子静止质量为0时，其能量与动量直接相关，这就是光压的根源。

生活中常见的太阳光，历经1.469亿公里抵达地球后，每平方米上的光压强仅约牛，大概相当于在1平方米上多放了一只蚂蚁。而光压从科幻走向实际应用，激光的发明功不可没。

1960年5月16日，梅曼在休斯敦实验室研制出人类第一台激光器。这种具有高度方向性、单色性和高亮度的激光，为光镊的诞生创造了条件。

那么，强大的激光如何实现“虚空抓物”呢？

用普通吹风机吹起乒乓球，小球能悬浮在风口上方，当缓慢拖动吹风机时，小球还会跟着移动，仿佛被困住。激光夹小球的原理与之类似，但更为复杂。

光镊使用的是一束中间强、两边弱的非均匀激光。当这束激光照射在直径很小的透明小球上，光路在小球内部折射。

根据动量守恒，光折射产生分动量，小球会产生反向动量。当小球处于激光场中央时，两边光对小球的水平作用力相互抵消；若小球位置偏移，就会受到指向中央的合力，从而在平面上被光“夹住”。

不过，沿光的方向小球会受向前的力而移动，为此通过透镜获得汇聚的光，当粒子处于光束焦点附近时，会在三维方向上受到稳定的作用力，就像陷入了一个势能陷阱，也就是“井域”。

粒子在陷阱中振动，当动能不足以克服势能壁垒时，就会被稳稳控制住，实现了三维层面的粒子操控。

值得注意的是，上述射线光学模型适用于小球尺寸大于光波长的情况，若小球尺寸远小于光波长，就得用电偶极理论分析受力，但这不是本文重点。

拥有如此高精度的光镊，能用来做什么呢？

虽然还无法像科幻电影那样传送人，但在医学领域，光镊已成为成熟的研究工具。

它可用于探究细胞在微观尺度的受力变化，比如研究细胞膜受力形变、细胞间相互碰撞的影响，还能研究胶体微粒的粘稠程度和力学特性，甚至可以将粒子排列成特定形状，或许未来还能用它制作定格动画。

将光镊操控的粒子尺寸缩小100倍，从细胞尺度缩小到纳米粒子，研究领域就从生物学转向微观物理学。此时，光镊更像是一个测量工具，借助其势能井，能获得前所未有的分辨率。

以吹风机锁住的乒乓球为例，施加外力时小球会有横向偏移，可作为简单的力场测试仪。当小球尺度缩小到亚微米甚至纳米级别，任何微小波动都能让它动起来。

之江实验室的量子传感器研究中心，利用光镊获得了世界领先水平的力传感器灵敏度和分辨率探测指标。他们搭建的极弱力科学探测平台，通过复杂的光学系统，将1064纳米的不可见激光经一系列光学元器件后，引入腔体，将100纳米左右的二氧化硅球溶解在溶液中，用喷枪喷入腔体，通过CCD红外摄像机可观察到玻璃球被激光捕获的画面。

目前，该实验室对光镊的应用场景主要集中在极弱力学量的精密测量，灵敏度指标达到牛/每根号赫兹，处于世界领先水平，这一精度相当于地球两端50公斤的两人之间的万有引力大小。

如此高灵敏的力学测量，在探索非牛顿引力、基础物理标准模型、暗物质暗能量检测，以及矿场探测、高频引力波侦测等方面都有巨大潜力。

在深入研究光镊之前，可能很少有人想到光会在微观领域发挥如此关键的作用。就像阿尔法狗推动了人工智能发展，光刻机对芯片行业至关重要一样，光镊目前还缺乏一个能让大众熟知的“杀手级应用”。

或许在未来，随着科研的不断深入，光镊会在更多领域大放异彩，让我们对微观世界的认知迈向新的高度。光镊的诞生，离不开科学家们一代又一代的探索，从爱因斯坦对原子受激辐射和自发辐射理论的研究，到查尔斯和阿瑟用奶光灯照射稀土晶体启发激光的出现，再到梅曼成功研制激光，最终才有了光镊。

谁能想到，当年那些看似孤立的研究，竟会在未来催生如此神奇的微观操控工具，而这颗小小的纳米“光镊之珠”，也必将在科学的海洋中绽放出更加耀眼的光芒。



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