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2021-03-30輻射壓力
616 期
Author 作者
賴昭正／前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊。
我描述用光活捉（微）生物（細菌）時，人們說： 「別吹牛了。」 ── 亞瑟 ‧ 亞希金 2018年諾貝爾物理獎
空氣和光都是充滿了我們生活空間的「東西」。古希臘哲學家亞里斯多德（Aristotle）提出，空氣、土、水、火是構成宇宙的四個元素，在往後的2000年中，這一直是主流觀點；直到17世紀，科學家才開始揭示我們呼吸的空氣的真實性質。1644年，向伽利略（Galileo Galilei） 學習的數學家托里切利（Evangelista Torricelli）在給他朋友的一封信中，描述了第一個汞氣壓計，了解到空氣壓力支撐著水銀，他在信中提到：「我們生活在元素空氣的海洋深處，通過毫無疑問的實驗，它具有重量。」
1738年，瑞士物理學家兼數學家的白努利（Daniel Bernoulli）出版了《流體力學》（Hydrodynamica），為一直沿用至今的氣體動力學理論奠定了基礎。這一理論表示，氣體是由向各個方向移動的大量微粒子組成，它們在物體表面上的撞擊產生氣壓，而我們所感受到的熱量是它們運動的動能。我們之所以沒有感覺到空氣壓力，是因為我們身體是一個開放系統，內外的壓力互相抵消。
我們對光的本質則在創世記（Genesis）中的短語：「讓光出現。」（Let there be light.）後，似乎就一直沒有什麼大進展，並充滿了爭論。直到20世紀初物理學家才確定：「光既是波動也是粒子，光既不是波動也不是粒子！」所以光到底是什麼「東西」呢？似乎連愛因斯坦也不懂，他在1951年12月12日給少時好友貝索（Michele Besso）的信裡寫道：「這將近50年來對『光量子到底是什麼』的深思，並沒有使我更接近答案。現在每一個人，像張三、李四、王五等，都以為他們了解，可是他們錯了！」
儘管如此，希臘數學家歐幾里德（Euclid，平面幾何的發明人）早在西元前300年左右就寫了本《光學》（optics）的視覺幾何書。德國天文學家克卜勒（Johannes Kepler）也在1619年提出了光壓力的概念，以解釋為何彗星的尾巴總是指向遠離太陽的方向。英國物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell）於1862年發表了斷言，說明光是一種電磁輻射，具有動量的性質，因此會在暴露於其上的任何表面上施加壓力。1900年，俄羅斯物理學家列別捷夫（Pyotr Lebedev）進行實驗證明了光壓的存在。1926年，英國劍橋天文台台長愛丁頓（Arthur Eddington）提出模型，指出恆星平衡的條件涉及重力、氣壓、輻射壓力三種力。但與空氣不同，我們之所以沒有感覺，顯然是因為此壓力太小的關係，而不是我們體內也充滿了光。
事實上，空氣的壓力非常大，因此在日常生活中有許多應用價值。光（輻射）的壓力則非常小，比大氣小了1012倍，會有實用價值嗎？讓我們在這裡來探討吧！ ……【更多內容請閱讀科學月刊第616期】