物质能让光线“拐弯”是常识，其实，光线也能扭曲物质。多国科学家参与的一项最新研究证明了这一点，该成果发表在３月出版的美国学术期刊《科学》上，两位华人——位于中国无锡的江南大学教授胥传来和美国密歇根大学的孙凯，都参与了这项工作。光线能扭曲物质的新发现，有什么意义？

　　能把纳米晶体扭成螺旋状

　　物质扭曲光线（即光的折射现象）在日常生活中很常见：用放大镜观察物体、筷子在水中“弯曲”、河水看起来比实际要浅……再拓展到宇宙体系，爱因斯坦广义相对论表明，光线在经过大质量物体的边缘时都会发生弯曲，可以说物质对光的影响几乎无处不在。但反过来，光是否可以扭曲物质呢？由于组成物质的原子对光子（组成光的传递电磁相互作用的基本粒子）的抗拒，这一现象很难观测到，现代光学发展的几百年中，“光扭曲物质”还只停留在科学幻想的水平。

　　在这种情况下，实验证明光能扭曲物质，无疑是光学认识领域的一大进步。这项研究集中了美、英、韩、中等多个国家的研究人员，其中有两位华人——胥传来和孙凯。多国科学家来自材料、物理、化学、生物等多个领域，主要实验工作是在美国密歇根大学完成的。在一片漆黑的实验室里，研究人员利用新材料技术得到长度１～４微米（一微米相当于百万分之一米）的带状纳米晶体（一种呈晶体结构的纳米材料）。纳米晶体带最初是扁平的，但在可见光线照射下，它们最终发生扭曲，呈现出螺旋形状。这无疑是个新奇的发现，研究人员起初甚至对此结果表示怀疑。

　　由于此次实验尺度很小、敏感度高，实验条件要求严格，而且容易受到其他因素如热、电、声的影响，研究人员进行了很多次实验才确定，光线导致纳米材料扭曲。经过３年半的努力，光子导致坚固的纳米材料出现扭曲的机理才被弄清。

　　实验中的纳米粒子表面由硫化镉制成，最初带微弱的负电荷。在光束“轰击”纳米粒子时，光子的能量让纳米粒子的电子处于活跃状态，引发化学反应并使其更多地带上负电荷。由于两个负电荷彼此排斥，纳米粒子也开始发生更强烈的排斥。参与此项研究的密歇根大学化学工程系教授尼古拉斯·科托夫表示：“一层纳米粒子开始排斥其他纳米粒子进而形成机械应力（物体受外因如压力或湿度变化影响而变形时，内部产生相互平衡作用的力），为了释放机械应力，纳米粒子带发生扭曲。这与拉礼品盒上的彩带时出现的现象非常相似。扁平的彩带被拉过后会变成螺旋状。”　

　　质疑：新发现并不“新”？

　　研究人员把上述研究成果发表后，在科学界以及普通大众中引起了很大反响。但有人认为，包括折射在内，光与物质相互作用的情况再寻常不过，比如光的热力学效应（如太阳光融化冰），光的电磁效应（光电二极管），以及目前微观研究中常用的仪器“光镊”（一种利用激光的力学效应捕获并操控微小粒子的仪器）等。“光扭曲物质”与这些相比，似乎没有特别的新颖之处。还有人表示不解：光的另外一种变体——激光早已用于操纵物质，如激光手术、激光切割甚至激光武器等，为何可见光操纵物质就显得如此独特呢？

　　此次研究的出彩之处是，证明了能量较弱的普通光与物质间的力学作用，而上面提到的光与物质相互作用，大多是利用光的热力学、电磁以及高强度激光的能量效应产生的。光的热力学与电磁效应只需要可见光就可以做到，而一般情况下，通过光子与组成物质的原子间的能量效应影响物质，就需要属于不可见光的高强度激光。经验告诉我们，可见光不能扭曲普通物质，但研究人员证明，可见光能扭曲纳米材料。《科学》杂志最终刊发这篇文章，也是对这项工作重要性的认可。

　　这里需要指出的是，从现代物理的定义看，光子也是一种物质，光子与其他物质发生相互作用不足为怪。光子的力学效应大多是通过与组成原子的电子间能量交换完成的，此次研究也可以看成是光子影响了电子能量导致物体弯曲、散开。但在宏观情况下，普通物质的原子排列紧密，来自可见光的光子能量不集中，无法影响电子。光扭曲物质只能在微观尺度下观察到，尽管先前就有研究表明光可以扭曲分子尺度下的物质，但光扭曲长度达到微米级的物质则是首次被发现。

　　新发现应用前景很广阔

　　从科学角度来说，“光扭曲物质”是用光操纵物质技术的一个特例，该技术在目前的基础研究和应用研究领域前景广阔。对科学界来说，此次研究的最大贡献是将光源从高能激光“降级”为普通的可见光，大大降低了实验的成本，同时也使实验变得相对简单，是从学院式的科学概念走向实际应用的可喜开端。

　　密歇根大学化学工程系教授科托夫表示，一个可以预见的应用是制造一艘带微传感器的“纳米潜艇”（仅比水分子略大），依靠普通光源（如可见光）做动力，让它潜入细胞、细菌中，告诉人们这些微小结构的内部信息。这是普通的显微镜难以达到的领域，对认识微观世界具有重大意义。“纳米潜艇”还可以用于药物递送，将药物装载到“纳米潜艇”上直接送至发生异常的细胞中，精确程度非常高，既可减少药物浪费，又能大大提高疗效。

　　科托夫所举的应用展望属于目前发展迅速的微流控（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）技术。从现实意义上说，研究人员的新发现给微观尺度下的物质提供了一种前所未有未有的动力。微流控技术是在尺度为几个或上百微米的通道中操纵纳升（十亿分之一升）或纳升以下流体的技术，作为一种全新的领域，它给化学合成、生物分析、光学和信息学带来了重大影响。

　　一般人可能觉得这种技术离生活比较遥远，其实不然，这种代表未来的技术已走入我们的生活。我们经常听到有关微型机器人、微型马达等，这些都属于一个与微流控技术密切相关的领域——微机电系统（ＭＥＭＳ）。

　　微流控技术涉及物理、化学、生物学、医学等众多的学科领域，而且往往处在多个领域的交叉点上，为宏观尺度和微观尺度架起了桥梁，为现代科学技术提供了全新的视野，比如更高的质量、更快的速度、更高的效率、更低的成本以及更低的能耗。

　　以“纳米潜艇”的药物递送为例，每艘“纳米潜艇”装载的药物很少，但并不影响效果，这对利用昂贵药物治疗疑难杂症非常有帮助。再举个例子，清除海洋油污曾是环境科学家面临的一大难题，用常规的清污办法不仅成本高，而且较难清理干净。英国《新科学家》杂志曾报道，比利时科学家利用微流控技术制备微液滴的办法，将油污裹在里面，液滴的界面自然将油污和海水隔离。这种微液滴如能批量制备，清污效果非常好。