2018 年的诺贝尔物理奖一半颁给了发明光学镊子的美国物理学家亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin）。因为在他的神奇发明之下，人们可以不必用有形的工具夹持或移动微观物体，就能操控它们进行观察，从而避免了工具对样品的损伤和污染。在生物医学，生命科学研究中发挥了极大的作用。

通过光电设备发出的上下光束来操控微小物体

光电仪器发出的两个激光束“捕获”微观的分子或细胞样品

光学镊子里的激光束能够操控物体，原因在于这些激光向物体施加了力的作用。根据现代物理理论，光束具有粒子属性，光子与物体的碰撞同样遵循动量守恒，所有光就像喷涌的粒子流一样，打在物体表面就会产生推动力。在聚焦的光束照射下，微观物体会被两束光的合力束缚，就像被“捕捉”一样，当光束移动时，也就跟着移动。

当然，这种光压力是非常微弱的，日常生活中对宏观物体的影响完全可以忽略，即使在光电领域也少有关注。只有在微观研究中才能看到对微小粒子的显著作用。然而，当物体处于太空中呢？光的压力能产生作用吗？

这就是“太阳帆”的技术背景。

在长途太空旅行中，一个最大的问题是能源的供应。现在的办法是让飞船起飞时就携带化学燃料，这只能支撑短时间的飞行，当飞船需要跨越太阳系飞向更远距离时，自带燃料的做法显然行不通。那么很自然的人们会想到利用太阳光能来驱动，但像太阳能电池那样吸收光能量转化为电的做法也是不行的，因为在太空中没有介质，也没有摩擦力，我们无法通过类似于轮子或螺旋桨之类的物体产生推进力。在现在的宇宙飞船中，化学燃料的燃烧向后方喷射气体因此获得反向的推进力。而设想中的太阳帆则获得太阳光正向的光压力获得动力。

在太空中，没有介质的摩擦阻力，所以即使一点微小的推力都能够产生加速度，当加速度随时间累积后就能让飞船达到可观的速度，这就是光压力能够在太空中应用的原因。

飞行器张开巨大的帆，捕捉来自太阳光的压力

太阳帆使用巨大的薄膜帆布，以太阳光的辐射压做为太空船推进力。因为物体表面的光反射越强，光压力就越大，因此帆表面涂有强反射的镜面涂层。帆的角度还可以灵活调节，甚至不必远离太阳，在需要靠近太阳时，也可以利用类似三角帆的原理，以螺旋型路线向太阳行进。

实际上，这种太阳帆已经不仅仅停留在设想当中，人们甚至进行了实验验证。2010 年日本种子岛太空中心发射的行星际探测器 IKAROS 就是世界上第一个采用了太阳帆的太空飞行器。

IKAROS 模型图

IKAROS 在当年6月11日完全展开太阳帆后，即利用太阳光压力加速飞向金星，成功完成了飞行和姿态控制。

IKAROS 的成功表明太阳帆的确具有了实用的价值，相信今后利用同样技术的太空飞行会越来越多。

不过上述太阳帆仍然存在一个缺陷，那就是对太阳太过依赖。因为距离太阳越远，光辐射越弱，所以当飞船要跨越太阳系进行深空探索时，太阳帆将难以获得足够的推进力。而下一个恒星的距离非常遥远，不可能等到用其它恒星光辐射的时候才来加速。于是，人们又提出了直接用定向激光来照射远去的太阳帆的计划。

从地球上的光电装置发射激光推动太空船飞行

由于没有空气散射，激光在太空中的传播效率非常高，衰减很小，很适合远距离的照射，唯一要注意的是，控制激光光束的扩散角和对准方向，因为距离太远就容易“差之毫厘谬以千里”。