光束的力與未來(lái)生活

內(nèi)容概要

　　光源發(fā)射的光束有推動(dòng)力，激光產(chǎn)生的推動(dòng)力更強(qiáng)大，在一些科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有顯著作用?！稄?fù)旦光華青少年文庫(kù)：光束的力與未來(lái)生活》主要介紹光束推動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、理論解釋、激光產(chǎn)生的推動(dòng)力，以及它們?cè)谏飳W(xué)、物理學(xué)和能源技術(shù)領(lǐng)域、航空航天技術(shù)領(lǐng)域的重要作用。全書(shū)分8個(gè)部分：（1）風(fēng)力、水力；（2）光束推動(dòng)力；（3）激光推動(dòng)力；（4）光束推進(jìn)飛行器}（5）激光抓捕細(xì)菌和搬弄細(xì)胞；（6）激光力壓縮靶丸；（7）激光力加速粒子；（8）激光力制止原子自由運(yùn)動(dòng)；（9）激光力機(jī)械加工。《復(fù)旦光華青少年文庫(kù)：光束的力與未來(lái)生活》可作為青少年學(xué)習(xí)新科學(xué)的參考資料，也可作為青少年素質(zhì)教育的參考資料。

書(shū)籍目錄

風(fēng)力、水力1．風(fēng)力2．水力3．潮汐光束推動(dòng)力1．猜測(cè)2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3．理論預(yù)言激光推動(dòng)力1．激光器2．激光輻射作用力3．激光散射力4．激光梯度力5．激光偶極子力6．激光粘膠力7．激光機(jī)械作用力光束推進(jìn)飛行器1．太陽(yáng)光帆船2．激光火箭3．激光飛船激光抓捕細(xì)菌和細(xì)胞1．激光“抓手”2．激光力“綴合”細(xì)胞3．激光“抓手”操作生物大分子、細(xì)胞4．激光“抓手”遷移安置細(xì)胞、微粒子激光力壓縮靶丸1．太陽(yáng)發(fā)光和熱的啟示2．利用核聚變反應(yīng)能的難題3．激光慣性約束核聚變4．利用激光產(chǎn)生強(qiáng)壓縮力激光力加速粒子1．發(fā)射轟擊基本粒子的“炮彈”2．激光尾場(chǎng)加速器3．激光束直接加速粒子激光力制止原子自由運(yùn)動(dòng)1．需要制止原子運(yùn)動(dòng)2．激光力使原子“安靜下來(lái)”3．激光力幫助我們準(zhǔn)確計(jì)時(shí)4．激光力構(gòu)造相干物質(zhì)波激光力機(jī)械加工1．激光沖擊力強(qiáng)化機(jī)械零件2．給文物“洗臉”3．電子工業(yè)生產(chǎn)的“清道夫”

章節(jié)摘錄

　　改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)成分的方法是把兩種不同生物體的細(xì)胞“融合”到一起，組成一個(gè)新細(xì)胞，因?yàn)檫@個(gè)新細(xì)胞里面包含了原先兩種生物體的遺傳物質(zhì)，由這個(gè)細(xì)胞發(fā)育生長(zhǎng)成的生物體，它就兼有兩種生物體的品性。這種方法稱(chēng)“細(xì)胞融合”技術(shù)。這種技術(shù)克服了傳統(tǒng)雜交技術(shù)的局限性，也打破了物種之間互不來(lái)往的界限，不僅可以在植物之間、微生物之間進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，甚至可以在動(dòng)物與植物、微生物之間雜交，創(chuàng)造出更多的新生物品種。比如現(xiàn)在出現(xiàn)的新物種薯番茄就是一例，它是馬鈴薯和番茄雜交的后代，從以往的傳統(tǒng)雜交技術(shù)看來(lái)，這是有點(diǎn)奇談怪論了。細(xì)胞很小，怎樣把兩個(gè)細(xì)胞“綴合”。并最后“融合”到一起又不給它造成損傷？給細(xì)胞做這種“手術(shù)”真的是件技術(shù)要求很高的活?？茖W(xué)家想到了激光“抓手”，利用它協(xié)助完成這種手術(shù)。利用激光“抓手”把細(xì)胞“按住”，然后利用另外一束直徑很微小的微激光光束，在兩種生物細(xì)胞上各打一個(gè)小7L，再利用激光“抓手”牽著它們沿小孔的位置移動(dòng)并相互接觸，隨后它們將通過(guò)小iL相互交流細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞有自行修復(fù)的功能，在細(xì)胞上打的小孔會(huì)很快收縮自行閉合，兩個(gè)細(xì)胞就結(jié)合到一塊形成一個(gè)新細(xì)胞了?；蛘哂眉す狻白ナ帧睜恳齼蓚€(gè)細(xì)胞，使它們靠攏并相互緊密接觸，隨后用一束微細(xì)激光對(duì)準(zhǔn)這兩個(gè)細(xì)胞相切的地方射擊，把它們的接觸邊打穿，兩個(gè)細(xì)胞便通過(guò)擊穿的地方流動(dòng)細(xì)胞質(zhì)，大約經(jīng)過(guò)幾分鐘時(shí)間后，這兩個(gè)細(xì)胞便也融合在一起，成了一個(gè)新細(xì)胞?！　∵€有一種做法是對(duì)細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)做設(shè)計(jì)“加工”，根據(jù)需要，往里面加入某種生物性狀的基因，或者去掉其中某種生物性狀基因。細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)經(jīng)過(guò)這番組織變更后，發(fā)育生長(zhǎng)成的生物體就是具有我們期望的那種性狀的生物新品種，這個(gè)方法稱(chēng)“基因技術(shù)”。比如說(shuō)，我們都知道大豆、花生等農(nóng)作物的根部長(zhǎng)有一種特殊的東西，叫做“根瘤菌”，它能夠直接從空氣中吸收氮?dú)猓兂傻?。所以人們常常說(shuō)，豆科作物的根部有自辦的“小化肥廠”，它們生長(zhǎng)時(shí)不需要施氮肥。設(shè)想把豆科農(nóng)作物遺傳物質(zhì)中“掌管”根瘤菌的基因取下來(lái)，搬到小麥、玉米、高梁等作物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)中，這種包含新遺傳物質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)育后，生長(zhǎng)出來(lái)的這些農(nóng)作物的性能便發(fā)生改變，也有了自辦“小化肥廠”的功能，種植時(shí)可以不要施氮肥，或者少施氮肥了，這么一來(lái)就可以節(jié)省大量的化肥。更有科學(xué)家提出這樣的設(shè)想：把固氮基因“搬”到動(dòng)物甚至人體的腸道微生物細(xì)胞遺傳物質(zhì)中，讓腸道微生物細(xì)胞也掌握固氮本領(lǐng)給自己制造氨基酸。我們知道，人類(lèi)吃的含蛋白質(zhì)的雞蛋、肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)等食物，經(jīng)過(guò)胃腸中酶的分解產(chǎn)生氨基酸，才為我們所吸收的。假如腸道微生物也能夠自己制造氨基酸，那么，我們便可以少吃含蛋白質(zhì)的食物，也能夠保持自身有豐富的營(yíng)養(yǎng)。做這種設(shè)計(jì)加工，首先遇到的技術(shù)問(wèn)題是從DNA上切下一部分，以及在另外一條DNA上把它接上。DNA分子很小，直徑只不過(guò)2納米左右，憑肉眼當(dāng)然看不到，用高倍顯微鏡也看不清，做這種“手術(shù)”的確非常精細(xì)，難度很大，激光“抓手”也給科學(xué)家做這項(xiàng)手術(shù)提供了極好的幫助。利用激光“抓手”把DNA分子“按住”，然后用另外一束微型激光做手術(shù)刀，對(duì)它實(shí)施基因切割；在焊接基因時(shí)，利用另外一束微激光束做“焊槍”，在DNA分子上把需要接上的基因焊接上?！　〖す狻白ナ帧笔且粋€(gè)性能非常優(yōu)秀的工具，利用它可以抓住尺寸微小的顆粒、細(xì)胞，乃至生物大分子這些我們的眼睛看不見(jiàn)的東西，而且又不會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生任何損傷，不會(huì)對(duì)它們的生理活動(dòng)功能產(chǎn)生影響，這是任何其他工具所辦不到的?？茖W(xué)家用激光“抓手”抓住酵母細(xì)胞，進(jìn)行了5個(gè)小時(shí)的觀察。發(fā)現(xiàn)原先由兩個(gè)細(xì)胞組成的家族半小時(shí)后增加成了“3口之家”，3小時(shí)后成員又進(jìn)一步增加到6個(gè)，5小時(shí)后則發(fā)展成多至8個(gè)相連細(xì)胞組成的細(xì)胞族，每個(gè)細(xì)胞族的直徑達(dá)5～10微米?！　〖す狻白ナ帧笨梢誀恐⒘Ｗ?、細(xì)胞或者生物大分子運(yùn)動(dòng)，下面的照片是固定激光“抓手”，移動(dòng)載物臺(tái)，小球跟隨載物臺(tái)移動(dòng)的情況，箭頭表示運(yùn)動(dòng)方向。生物分子以及細(xì)胞的力學(xué)性能是表征分子特性和生物過(guò)程的重要參量，生物學(xué)家一直努力企圖進(jìn)行這項(xiàng)研究和其力學(xué)量的測(cè)量，然而，進(jìn)行這項(xiàng)工作的技術(shù)難度很大。生物大分子很小，一般只有幾個(gè)納米到幾十納米，細(xì)胞也很小，人眼看不到。激光“抓手”對(duì)物體的作用是非接觸式的，有了它，科學(xué)家便能夠更好地開(kāi)展這類(lèi)測(cè)量研究工作了。這種激光“抓手”一般只能“抓”尺寸為微米量級(jí)的粒子，大分子的尺寸比這小得多，激光“抓手”不能直接抓住它，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，通常需要采取間接辦法。把生物大分子粘在一只小球上，比如聚苯乙烯小球上，然后用激光“抓手”抓住這只小球，移動(dòng)激光“抓手”，牽引小球運(yùn)動(dòng)，也就等效于牽引大分子移動(dòng)。當(dāng)然，移動(dòng)速度很緩慢，一般在每秒數(shù)十微米以下。測(cè)量出小球移動(dòng)距離，也就等于測(cè)出了大分子移動(dòng)的距離，再根據(jù)力學(xué)基本原理，便可以計(jì)算出分子的力學(xué)量。或者不讓激光“抓手”移動(dòng)，而是讓載著大分子的物臺(tái)移動(dòng)，這時(shí)，激光“抓手”是在反方向拉這只小球，小球移動(dòng)開(kāi)的距離是在大分子的收縮力和激光“抓手”的拉力共同作用下發(fā)生的，由此便可以得到激光“抓手”牽引大分子的力，進(jìn)而也就得到分子運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力?！　　?/pre>








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