牵引光束是科幻小说中的常见元素，可能正朝着科学事实迈进。在今年春天早些时候发表的一篇论文中，物理学家们提出了一种可能使光能够拉动物体的结构。
通常，光会推动物体，尽管力道很弱。在光学操纵领域，光镊利用这种推力来移动从原子到细菌的微观物体。如果也能实现拉动，将提高光学操纵的精度和范围。对于太空飞行，工程师们已经提出了帆来捕捉光所施加的力。
新提出的牵引光束可能在生物学或医学领域更有用，而不是拖曳太空飞船。“如果你想把某物拉向你，你只需降低压力，”以色列理工学院的物理学家莫迪凯·谢格夫说，他在四月份的光学快报论文中描述了他团队的想法。“你制造一点真空，”他补充道。问题在于，在敏感的医疗应用中，例如肺部手术，重要的是不要改变压力或引入任何新气体。“在这里，光将成为吸力装置，”他说，“所以压力根本不会改变。仅仅是光而已。”
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先前关于“牵引光束”的想法通常侧重于创建新的引力场来拖动物体，加热空气以产生压力差，或在物体中感应出电荷和磁荷，使其逆着入射激光束的方向移动。
最新的方案利用了一种称为负辐射压力的现象。俄罗斯物理学家维克多·维谢拉戈在他的 1967 年论文中首次提出了它的存在，该论文是关于具有一种称为负折射率的异常特性的材料。折射率是一个数字，描述了光线进入玻璃透镜或其他介质时弯曲的方式，在论文发表时，没有人知道这种数字在任何材料中是否可以是负数。但在过去的几十年里，几个研究团队证明负折射可以发生在特制物质中，这些物质被称为超材料，它们已经导致了有限的隐形斗篷和无失真“超级”透镜。
负辐射压力的机制取决于光波的两个方面：群速度和相速度。光波由较小的波群组成；群速度是整体波群的速度和方向，相速度指的是一个较小的组成波上的点的速度和方向。光波的电磁能量沿着群速度的方向传播，而波对粒子的影响沿着相速度的方向传播。如果这两个速度指向不同的方向，则可能产生负辐射压力。
使用超材料通过负辐射压力移动粒子一直受到阻碍，因为大多数这些材料是固体的，并且引入粒子间隙会消除负辐射压力。此外，目前所有的超材料都含有金属，这会吸收电磁能量，使得对粒子的拉动效果可以忽略不计。
以色列理工学院的团队没有使用超材料，而是提出了一种由具有称为双折射特性的材料制成的波导来产生必要的光学效应。双折射自然发生在石英和方解石等晶体中，它描述了根据光线进入材料的方向，具有多个折射率的材料。将方解石晶体放在报纸上，图像会突然加倍。
谢格夫及其团队的设计使用不同类型双折射的材料层，以及专门设计的镜子，来制作一个关于如何实现负辐射压力的实用模型。在这个波导中，群速度将沿一个方向移动，而相速度将沿相反方向移动。最重要的是，它包括层之间的大间隙。这个间隙不干扰材料的光学特性，允许引入粒子并将其拉入波导。“这就像一个三明治，”谢格夫说。
所提出的设计可以使用各种双折射材料，这些材料广泛可用且不含金属，因此它们不会夺走太多光能量。此外，尽管使用的双折射材料只有微米厚，但间隙可以是毫米宽，从而使相当大的粒子可以通过光进行操纵。
马萨诸塞大学洛厄尔分校的物理学家维克托·波多尔斯基没有参与这项研究，他说超材料方法和双折射方法都解决了创建负辐射压力中的不同问题，并且各有优缺点。“超材料正在解决一组问题，在这些问题中，你试图将光限制在更小、更特殊的空间中，”波多尔斯基解释道。相比之下，双折射方法“做了相反的事情。它将负折射带到更大规模的物体层面。”这两种方法将来都可能找到应用。
香港科技大学物理系研究助理教授吴杰克曾参与牵引光束关于电荷感应的方案，他说这项研究可能有一些有趣的想法，但也存在一些缺陷。他特别指出，尽管该小组表明能量传递可以是负的，但他们“没有表明力可以是负的”。换句话说，粒子可能不会移动。
无论如何，通过任何手段产生负辐射压力的想法很大程度上存在于纸上；谢格夫的实验室甚至没有创建其提出的波导所需的资源。然而，谢格夫表示，有几家公司可以制造必要的材料，研究人员希望尽快找到一家公司，以便他们可以对他们的设计进行实验测试。在那之前，粒子们将不得不等待体验被光吸引的感觉。