Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества.

Пусть на поверхность площади S нормально к ней ежесекундно падает

N фотонов частоты v . Каждый фотон обладает импульсом hv/c . Если

р - коэффициент отражения поверхности, то pN фотонов отразится от поверхности, (1-р) N фотонов поглотится.

Каждый поглощенный квант света передаст поверхности импульс hv/c , а каждый отраженный - импульс [(hv/c) - (-hv/c)] = 2hv/c , так как при отражении направление импульса фотона изменяется на противоположное и импульс, передаваемый им частицам вещества, составляет 2hv/c . Полный импульс, получаемый поверхностью тела, составит

Вычислим световое давление. Для этого (20.18) разделим на площе S «крылышка»: (20.19)

Если учесть, что hvN/S = Ee, то формула (20.19) примет вид

(20.20)

Выражения (20.17) и (20.20), выведенные в рамках электромагнитной и квантовой теорий, совпадают.

Экспериментально справедливость этих результатов была доказана опытами П.Н. Лебедева.

Давление естественного света очень мало. Если коэффициент поглощения поверхности близок к единице, то давление, оказываемое солнечными лучами на такие поверхности, находящиеся на Земле, составляет примерно

5 10 Па (т. е. 3,7 10 мм рт. ст.) . Это давление на десять порядков меньше атмосферного давления у поверхности Земли.

Измерить столь малое давление П. Н. Лебедев смог лишь проявив исключительную изобретательность и мастерство в постановке и проведении эксперимента.

Световое давление не играет никакой роли в явлениях, с которыми мы сталкиваемся в жизни. Но в космических и микроскопических системах его роль существенна.

В микромире давление света проявляется в световой отдаче, которую испытывает возбужденный атом при излучении им света. Гравитационное притяжение внешних слоев звездного вещества к ее центру уравновешивается силой, значительный вклад в которую вносит давление света, идущего из глубины звезды наружу.

Химическое действие света

В результате действия света в некоторых веществах происходят химические превращения - фотохимические реакции . Фотохимические превращения весьма разнообразны. Под действием света сложные молекулы могут разлагаться на составные части (например, бромистое серебро - на серебро и бром) или. наоборот, образовываться сложные молекулы (например, если осветить смесь хлора и водорода, то реакция образования хлористого водорода протекает настолько бурно, что сопровождается взрывом).

Многие из фотохимических реакций играют большую роль в природе и технике. Главная из них - фотохимическое разложение углекислоты , происходящее под действием света в зеленых частях растений. Эта реакция имеет огромное значение, ибо она обеспечивает круговорот углерода, без которого невозможно длительное существование органической жизни на Земле. В результате жизнедеятельности животных и растений (дыхание) идет непрерывный процесс окисления углерода (образование СО2 ). Обратный процесс восстановления углерода происходит под влиянием света в зеленых частях растений. Эта реакция протекает по схеме 2СО2 2СО + О2

Фотохимическая реакция разложения бромистого серебра лежит в основе фотографии и всех ее научных и технических применений, явление выцветания красок, сводящееся главным образом к фотохимическому окислению этих красок, имеет очень большое значение для понимания процессов, происходящих в глазе человека и животного и лежащих в основе зрительного восприятия. Очень многие фотохимические реакции в наше время используются в химическом производстве и приобретают, таким образом, непосредственное промышленное значение.

Поток фотонов (свет), который при соударении с поверхностью оказывает давление.

Поток фотонов, падающие на поглощающую поверхность :

Поток фотонов, падающие на зеркальную поверхность :

Поток фотонов, падающие на поверхность :

Физический смысл Давления света:

Свет - это поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами - оказывать давление

Прибор, измерения давления света , представлял собой очень чувствительный крутильный динамометр (крутильные весы). Создал данный прибор Лебедев. Его подвижной частью являлась подвешенная на тонкой кварневой нити легкая рамка с укрепленными на ней крылышками - светлыми и черными дисками толщиной до 0,01 мм. Крылышки делали из металлической фольги. Рамка была подвешена внутри сосуда, из которого откачали воздух. Свет, падая на крылышки, оказывал на светлые и черные диски разное давление. В результате на рамку действовал вращающий момент, который закручивал нить подвеса. По углу закручивания нити и определяли давление света.

В Формуле мы использовали:

Сила, с которой давит фотон

Площадь поверхности, на которую происходит давление света

Импульс одного фотона

Постоянная Планка

48. Элементы квантовой оптики. Энергия, масса и импульс фотона. Вывод формулы давления света на основе квантовых представлений о природе света.

Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой про-

цесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов.Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы).

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезе Планка, энергия фотона определяется по формулам

.

Приравнивая правые части этих уравнений, получим выражение для массы фотона

или с учетом, что ,

Импульс фотона определяется по формулам:

Масса покоя фотона равна нулю. Квант электромагнитного излучения существует только распространяясь со скоростью света, обладая при этом конечными значениями энергии и импульса. В монохроматическом свете с частотой ν все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.

Давление света

Световое излучение может передавать свою энергию телу в виде механического давления.

Он доказал, что свет, полностью поглощенный зачерненной пластинкой, оказывает на нее силовое воздействие. Световое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в направлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности.

В итоге применения к оптическим измерениям Лебедева законов механики получено чрезвычайно важное соотношение, показавшее, что энергия всегда эквивалентна массе. Впервые Эйнштейн указал, что уравнение mc 2 =E универсально и должно быть справедливым для любых видов энергии.

Объяснить это явление можно с позиций как волновых, так и корпускулярных представлений о природе света. В первом случае это результат взаимодействия электрического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее магнитным полем по закону Ампера. Периодически меняющиеся в пространстве и во времени электрическое и магнитное поля световой волны при взаимодействии с поверхностью вещества оказывают силовое воздействие на электроны атомов вещества. Электрическое поле волны заставляет электроны совершать колебания. Сила Лоренца со стороны магнитного поля волны направлена вдоль направления распространения волны и представляет собой силу светового давления . Квантовая теория объясняет давление света тем, что фотоны обладают определенным импульсом и при взаимодействии с веществом они передают часть импульса частицам вещества, оказывая тем самым давление на его поверхность (можно провести аналогию с ударами молекул о стенку сосуда, при которых импульс, передаваемый стенке, определяет давление газа в сосуде).

При поглощении фотоны передают свой импульс телу, с которым взаимодействуют. Это и является причиной давления света.

Определим давление света на поверхность, используя квантовую теорию излучения.

Пусть перпендикулярно некоторой поверхности падает излучение с частотой ν (рис.5). Пусть это излучение, состоящие изN фотонов, падает на поверхность пло-

щади ∆ S в течение времени∆ t. Поверхностью поглощаетсяN 1 фотонов, а отражает-

ся N 2 , т.е.N = N 1 + N 2 .

Умножим и разделим правую часть этого равенства на N, получим

Окончательно

где – энергия всех N фотонов, падающих на единицу площади в единицу времени, размер-

ность ;– коэффициент отражения.

Для черной поверхности ρ = 0 и давление будет равно.

представляет собой объемную плотность энергии, размерность ее.

Тогда концентрация n фотонов в пучке, падающем на поверхность, будет

.

Подставляя в уравнение для давления света (2.2), получаем

Давление, производимое светом при падении на плоскую поверхность можно вычислить по формуле

где Ее - интенсивность облучения поверхности (или освещенность), с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме,α , - доля падающей энергии, поглощаемая телом (коэффициент поглоще-

ния), ρ - доля падающей энергии, отражаемая телом (коэффициент отражения),θ - угол между направлением излучения и нормалью к облучаемой поверхности. Если тело не является прозрачным, то есть, все

падающее излучение отражается и поглощается, то α +ρ =1.

49 Элементы квантовой оптики. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм света (излучения).

3) Корпускулярноволновой дуализм электромагнитного излучения

Итак, изучение теплового излучения, фотоэффекта, эффекта Комптона показало, что электромагнитное излучение (в частности, свет), обладает всеми свойствами частицы (корпускулы). Однако большая группа оптических явлений - интерференция, дифракция, поляризация свидетельствует о волновых свойствах электромагнитного излучения, в частности, света.

Что же представляет собой свет - непрерывные электромагнитные волны, излучаемые источником или поток дискретных фотонов, беспорядочно для электромагнитной волны, не исключают свойств дискретности, характерных для фотонов.

Свет (электромагнитное излучение) одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов. В этом заключается корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) электромагнитного излучения.

2)ЭффектКомптона Заключается в увеличении длины волны рентгеновского излучения при его рассеянии веществом. Изменение длины волны

К (1-cos)=2к sin2 (/2),(9) "

где к =h/(mc) - комптоновская длина волны, m - масса покоя элек-

трона. к =2.43*10 -12 м=0.0243 A(1 A=10-10 м).

Все особенности эффекта Комптона удалось объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами, при котором соблюдается закон сохранения энергии и закон сохранения импульса.

Согласно (9) изменение длины волны зависит только от угла рассеяния и не зависит ни от длины волны рентгеновского излучения, ни от вида вещества.

1) Элементы квантовой оптики. Фотоны, энергия, масса и импульс фотона

Чтобы объяснить распределение энергии в спектре теплового излучения Планк допустил, что электромагнитные волны испускаются порциями (квантами). Эйнштейн в 1905 г. пришел к выводу, что излучение не только испускается, но и распространяется и поглощается в виде квантов. Этот вывод позволил объяснить все экспериментальные факты (фотоэффект, эффект Комптона, и др.), которые не могла объяснить классическая электродинамика, исходившая из волновых представлений о свойствах излучения. Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов. Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы).

1. Энергия фотона

тому постоянную Планка иногда называют квантом действия. Размерность , совпадает, например, с размерностью момента импульса(L=r mv).

Как следует из (1) энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны),

2. Масса фотона определяется исходя из закона о взаимосвязи массы и энергии (Е=mc 2 )

3.Импульс фотона. Для любой релятивиской частицы энергия ее Поскольку у фотонаm 0 =0 , то импульс фотона

т.е. длина волны обратно пропорциональна импульсу

50. Ядерная модель атома по Резерфорду. Спектр атома водорода. Обобщенная формула Бальмера. Спектральные серии атома водорода. Понятие терма.

1)Резерфорд предложил ядерную модель атома . Согласно этой модели атом состоит из положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z - порядковый номер элемента в таблице Менделеева, е - элементарный заряд), размер 10 -5 -10 -4 А (1А= 10 -10 м) и массу практически равную массе атома. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то вокруг ядра должно вращаться Z электронов, суммарный заряд которых - Zе. Размеры атома определяются размерами внешних орбит электронов и составляют порядка единиц А.

Масса электронов составляет очень малую долю массы ядра (для водорода 0,054%, для остальных элементов менее 0,03%). Понятие " размер электрона" не удается сформулировать непротиворечиво, хотя ro 10-3 А называют классическим радиусом электрона. Итак, ядро атома занимает ничтожную часть объема атома и в нем сосредоточена практически вся (99,95%) масса атома. Если бы ядра атомов располагались вплотную друг к другу, то земной шар имел бы радиус 200 м а не 6400 км (плотность вещества

2) Линейчатый спектр атома водорода

Спектр излучения атомарного водорода состоит из отдельных спектральных линий, которые располагаются в определенном порядке. В 1885 г. Бальмер установил, что длины волн (или частоты) этих линий могут быть представлены формулой.

, (9)

где R =1,0974 7 м -1 - называется также постоянной Ридберга.

На рис. 1 изображена схема энергeтических уровней атома водорода, расчитанных согласно (6) при z=1.

При переходе электрона с более высоких энергетических уровней на уровень n = 1 возникает ультрофиолетовое излучение или излучение серии Лаймана (СЛ).

Когда электроны переходя на уровень n = 2 возникает видимое излучение или излучение серии Бальмера (СБ).

При переходе электронов с более высоких уровней на уровень n =

3 возникает инфракрасное излучение, или излучение серии Пашена (СП) и т.д.

Частоты или длины волн, возникающего при этом излучения, определяются по формулам (8) или (9) при m=1 - для серии Лаймана, приm=2 - для серии Бальмера и приm = 3 - для серии Пашена. Энергия фотонов определяется по формуле (7), которую с учетом (6) можно привести для водородоподобных атомов к виду:

эВ (10)

50 продолжение

4) Спектральные серии водорода - наборспектральных серий, составляющих спектр атомаводорода. Поскольку водород - наиболее простойатом, его спектральные серии наиболее изучены. Они хорошо подчиняютсяформуле Ридберга:

,

где R = 109 677 см−1 -постоянная Ридберга для водорода,n′ - основной уровень серии. Спектральные линии, возникающие при переходах на основной энергетический уровень,

называютсярезонансными , все остальные -субординатными .

Серия Лаймана

Открыта Т. Лайманом в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга приn′ = 1 иn = 2, 3, 4,

Серия Бальмера

Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга приn′ = 2 иn = 3, 4, 5

5) Спектра́льный терм или электро́нный терм атома, молекулы или иона - конфигу-

рация (состояние) электронной подсистемы, определяющая энергетический уровень. Иногда под словом терм понимают собственно энергию данного уровня. Переходы между термами определяютспектры испускания и поглощения электромагнитного излучения.

Термы атома принято обозначать заглавными буквами S ,P ,D ,F и т. д., соответствующими значению квантового числаорбитального углового момента L =0, 1, 2, 3 и т. д. Квантовое число полного углового моментаJ дается индексом справа внизу. Малой цифрой вверху слева обозначается кратность (мультиплетность ) терма. Например, ²P 3/2 - дублет Р. Иногда (как правило, для одноэлектронных атомов и ионов) впереди символа терма указываютглавное квантовое число (например, 2²S 1/2 ).

Даже Вы достигшие высот,

Знайте и примите то в расчет,

Что и Солнце в небе не гордится

И Земле свои лучи несет!

(Мирза-Шафи Вазех)

Вот здесь мы подошли к тому моменту, когда настало время разобраться со второй трудностью – это давление света , указанной в статье: .

Две трудности, которые не позволяли признать фотон в качестве переносчика гравитации.

Напомню, первая трудность – это отдача, с которой мы разбирались на протяжении нескольких статей « », « », « », « ».

Вторая трудность связана с явлением, которое вошло в научную среду как «давление света».

Солнце, с одной стороны, притягивает Землю, а с другой, создает на нее давление! Согласитесь – парадоксальное явление.

Впервые мысль о существовании светового давления высказал И.Кеплер для объяснения отклонения кометных хвостов от Солнца. Позднее Д. Максвелл, после разработки теории электромагнетизма, вывел математические принципы существования светового давления.

По всем расчетам получается, что сила этого давления мала, солнечный свет должен давить на квадратный метр черной поверхности, расположенной перпендикулярно лучам, с силой F=4,5·10 -6 Н . Измерить такую силу на опыте очень трудно, но эти трудности в 1900 году попытался преодолеть русский физик П.Н. Лебедев. С помощью крутильных весов, зеркал и источника света ему, якобы, удалось подтвердить гипотезу Максвелла (рис. 1). В физике укоренилось мнение, что несмотря на то, что давление света на 11 порядков величины меньше атмосферного, тем не менее, именно оно удерживает Солнце от гравитационного коллапса, а также направляет хвосты комет от Солнца. По этой причине иногда кометы летят хвостом вперед.

Про кометы, которые своими хвостами прокладывают курс вокруг Солнца, а сейчас все внимание на высказанный парадокс и трудности, которые мы вроде бы преодолеваем, но тем самым создаем другие, т.к. они начинают множиться.

Во всех учебниках и не совсем учебниках, переписанных друг у друга, говорится, что если фотон имеет массу и импульс, то он должен оказывать данной массой и импульсом давление.

Характерная фраза из учебной литературы: «Результаты опытов Лебедева, Комптона, а также опытов по изучению фотоэффекта подтвердили, что фотоны обладают импульсом».

А уж коли фотоны наделены этим импульсом, то они должны этим импульсом на что-то воздействовать. Поэтому все объяснения светового давления сводятся к аналогам механических систем как в макромире: «Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами - оказывать давление».

У меня совершенно противоположное толкование принципа передачи энергии. Фотоны это не механические частицы, которые как метеориты могут ударить в землю и она получит импульсы отдачи. Здесь механика не проходит, т.к. фотоны внедряются не упруго, они внедряются в родственную им среду – в электромагнитный эфир вещества. Взаимодействие фотона с атомами данного вещества происходит на полевом уровне. Импульс движения в веществе действительно возникает, только не отдачи, а наоборот – придачи (навстречу движения фотона), (см. «).

Давление света сопоставляют с давлением электромагнитного излучения внутри звезд, где оно может достигать громадного значения и это ставят ему в заслугу. Поскольку якобы силы светового давления наряду с гравитационными силами играют существенную роль во внутризвёздных процессах. Безусловно, давление внутри звезд зашкаливает, но давление не создается само собой – его создает гравитация. Не давление создает гравитацию, а давление есть производная от гравитации. А это, уже – две большие разницы.

Все источники, излагающие тему о давлении света, о его экспериментальной проверке, отправляют к Лебедеву. Но со времени знаменитого эксперимента прошло 113 лет. И что, за эту сотню с лишним лет ни одна лаборатория не удосужилась перепроверить данный опыт? Я думаю, что сегодня, когда мы строим такие мастодонты науки, как БАК (большой адронный коллайдер), то изготовить копеечные крутильные весы, не составило бы особых затрат. поэтому повторение опыта по существованию давления света для науки было бы весьма полезно.

В то же время не исключаю, что такие опыты уже были проведены, а может и неоднократно, но результатов не было. Поэтому ни опровержения, ни подтверждения, мы сегодня не имеем.

Могу предположить, почему экспериментаторы не публиковали свои отчеты. Элементарно, побоялись – засмеют! Данный опыт довольно тонкий и степень ошибки велика. А потом, авторитет Лебедева продолжает давлеть, поэтому проще промолчать, чем, не дай Бог, не в том знаке поставить запятую.

Теперь по поводу парадокса одновременности притяжения и отталкивания. Природа в своей сущности не такая «умная», как человек. только ученый физик, глядя на Солнце, может сказать: Солнце ослепительный источник белого света и в то же время добавить, что Солнце абсолютно черное тело. В природе никогда не наблюдается антагонизмов и противоположностей одновременно. Звуковые, оптические волны всегда исходят из центра генерации и никогда не наоборот. Холодное тело никогда не может нагреть горячее. Даже ветер никогда не дует навстречу тому же ветру, несмотря на то, что постоянно меняет направление. Противопоставление «дуализма фотона», в данном случае это явление не является антагонизмом, а проявление одних и тех же свойств, но выявленные разными приборами.

Наука, после опытов Лебедева, уже более века пребывает в каком-то благодушии, несмотря парадоксальное противоречие. Две силы, создаваемые одним источником, не могут и не должны быть направлены противоположно или навстречу друг другу. Притом, одна сила, с помощью которой Солнце притягивает Землю, превосходит вторую (силу давления) в 10 13 (десять триллионов) раз.

Исходя из таких логических посылок можно сделать вывод: в природе должно быть только одно либо притяжение, либо отталкивание (давление). В природе не может быть парадоксов, там все логически сбалансировано, поэтому, чтобы не существовало данное противоречие, необходимо одну из сил исключить. Что будем исключать? Давление света или само притяжение Земли к Солнцу? Понятно, что силу притяжения не может отменить даже сам Бог, а силу давления света , можно исключить. Не волнуйтесь – это не волюнтаризм. Давление света необходимо исключить по причине – как не доказанное!

Пардон, а как же Петр Лебедев, с его изящным опытом?

Считаю, что, несмотря на все ухищрения и трудности по преодолению радиационного влияния на конечный результат, Лебедеву, в его опытах, так и не удалось от него отстроиться. Вакуум в экспериментах Лебедева составлял около 10 -4 мм рт. ст. – по нынешним меркам это уже не вакуум. Поэтому, считаю, что данный эксперимент не подтверждает присутствие такого явления, как давление света. И в этом понимании я не одинок. Я сейчас призову на помощь лорда Кельвина, который никогда не верил в существование давления света. Как пишут историки, он якобы неохотно сдался после того, как Лебедев выступил с докладом в Париже по оглашению своих результатов.

В интернете есть публикации, авторы которых также недоуменно вопрошают по данному вопросу, доколе? Например, Гришаев А.А. , с которым мы сходимся во мнениях пожалуй только по этой проблеме. Он в конце параграфа своей статьи «Опыты Лебедева по исследованию светового давления» делает следующий вывод: «Как можно видеть, для маятника N2 отношение средних величин эффектов для чернённых и зеркальных мишеней составило всего-то 1.2, а для маятника N3 – 1.3. Эти цифры говорят о том, что Лебедев имел дело не с «максвелловским давлением», а, по-видимому, с остаточными радиометрическими силами. Ещё более странное впечатление производит работа Лебедева, в которой он исследовал «давление света» на газы».

В этой же статье автором довольно подробно описаны эффекты Комптона и Мёссбауера. Автор приходит к выводу, что рентгеновские и γ-кванты не переносят импульс, тем самым и нет «отдачи». Не буду полемизировать с автором насчет первого постулата, с коим я не согласен, как говорят, время рассудит. Что касается второго посыла, то моя платформа строится именно на отсутствии отдачи, но с непременным присутствием - придачи.

Здесь уместно привести еще один источник, где прямо указывается на «придачу» (Сайт: энциклопедия физики и техники) . Вот выдержка из данной статьи: «Специфические особенности Д. с. (давление света) обнаруживаются в разреженных атомных системах при резонансном рассеянии интенсивного света, когда частота лазерного излучения равна частоте атомного перехода. Поглощая фотон, атом получает импульс в направлении лазерного пучка и переходит в возбуждённое состояние. Далее, спонтанно испуская фотон, атом приобретает импульс (световая отдача) в произвольном направлении. При последующих поглощениях и спонтанных испусканиях фотонов произвольно направленные импульсы световой отдачи взаимно гасятся, и, в конечном итоге, резонансный атом получает импульс, направленный вдоль светового луча - резонансное Д. с. (Конец цитаты).

Небольшое замечание относительно давления света на кометные хвосты. Эта тема требует более детального разбирательства, как было отмечено выше, по данной проблеме будет написана отдельная статья. Сейчас просто для читателей хочу заострить следующий вопрос. Некоторые кометные хвосты могут вытягиваться более чем на сотни миллионов километров. Вопрос: почему кометные хвосты уходят в тень головы кометы? Их туда загоняет световое давление? Но в тени нет того самого света, а хвосты проходят по более удаленным траекториям, а значит и с гораздо большей скоростью, чем их головы, мало того, они их еще и обгоняют. Тогда куда смотрит световое давление, когда хвост несется впереди ядра кометы. Почему на отстающий хвост давление света жестко реагирует, а на обгоняющий хвост не обращает внимания? Что, очередной парадокс?

Все попытки объяснить давление света, в соответствии с классической механикой, я считаю не корректными. Поэтому нужно поставить тот же опыт, что и у Лебедева, только с другой целью.

Анти давление света

Притяжение света

Лебедев в своих экспериментах для отрезания тепловых волн ставил водяной фильтр (поз. 5, рис. 1), он предполагал, что можно отфильтровать тепловую составляющую.

В данном направлении хочу добавить свои соображения, возможно будущие или настоящие исследователи меня поправят. Никакие фильтры не помогут избавиться от теплового воздействия на ход данного эксперимента. Если вы отрежете красную область, то эксперимент будет не полным. С другой стороны, весь спектр света, попадая на вещество или те же «крылышки Лебедева» будет генерировать в них свою теплоту, такова природа.

А теперь тема и задача для будущих Нобелевских лауреатов, предлагаю несколько изменить конструкцию крылышек Лебедева. Нужно пойти в противоположном направлении – не уменьшать толщину мишени, а увеличить ее, притом сделать сэндвич. С освещенной стороны абсолютно черная мишень 1, а с обратной стороны – теплоотражатель 2 (рис. 2). В этом случае должен возникнуть обратный эффект – крылышко должно двинуться навстречу световому потоку, невзирая на «давление света». Тем самым Вы докажете обратный эффект анти давления света, или притяжения света. А если сказать обобщенно, то вращение черных крылышек по вектору приходящего света (источника), будет доказательством того, что гравитацию порождает теплота.

Безусловно вакуум должен быть 100-процентный. Возможно источник света следует разместить в той же колбе, что и приемник, только колба должна быть большого объема.

Желаю исследователям полного успеха.

На чем основаны мои предположения, что мишень будет двигаться на источник. В физике есть несколько аналогий такого рода. Например, фотоэффект, рентгеновское излучение, γ-излучение. При фотоэффекте, электроны, вылетающие из катода устремляются навстречу УФ излучению. При тормозном рентгеновском излучении генерируются фотоны (кванты), также вылетающие встречно излучателю. Все они частицы, волны несут импульсы энергии. Но в отличие от электрона, фотоны безмассовые частицы и при подводе внешней энергии вылетают без отдачи, но зато прихватывают с собой импульс вещества. Вещество получает импульс придачи - « ». Мишень должна двинуться на источник.

К вышесказанному хочу добавить, что, в свое время астрофизик Н.А. Козырев для экспериментов использовал разноплечие крутильные весы (об этом я коснусь в статье «квантовая гравитация»). Так вот, этот прибор чутко реагировал на тепло и холод. Часть этих опытов мне удалось повторить, действительно, эффект присутствует.

Хочу обратить внимание школьников – в видео вертушка крутится не из-за действия давления света на ее крылышки, а по воле программиста. В эксперименте П. Лебедева ничего не крутилось, а только немного поворачивалось. А вот какая сила поворачивала крылышки? Я уже об этом высказался.

Предлагаю отщипнуть 0,01% от бюджета БАК и это будет около 1 млн долларов. Думаю для повторения эксперимента Лебедева будет достаточно.

Ау! Научное сообщество! Необходимо, наконец-то, поставить точку в вопросе: давит или не давит на нас свет, а то каждый человек до конца своей жизни так и не может узнать возникал ли у него лишний вес, когда он выходил из тени на Солнце?

ДАВЛЕНИЕ CBETA, давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы; одно из пондеромоторных действий света, связанное с передачей импульса электромагнитного поля веществу. Гипотеза о существовании давления света была впервые высказана И. Кеплером в 17 веке для объяснения отклонения хвостов комет от Солнца. Теория давления света в рамках классической электродинамики дана Дж. К. Максвеллом в 1873. В ней давления света объясняется рассеянием и поглощением электромагнитной волны частицами вещества. В рамках квантовой теории давления света - результат передачи импульса фотонами телу.

При нормальном падении света на поверхность твёрдого тела давления света р определяется формулой:

р = S(1 + R)/с, где

S - плотность потока энергии (интенсивность света), R - коэффициент отражения света от поверхности, с - скорость света. В обычных условиях давление света малозаметно. Даже в мощном лазерном луче (1 Вт/см 2) давления света порядка 10 -4 г/см 2 . Широкий по сечению лазерный луч можно сфокусировать, и тогда сила давления света в фокусе луча может удерживать на весу миллиграммовую частичку.

Экспериментально давление света на твёрдые тела было впервые исследовано П. Н. Лебедевым в 1899 году. Основные трудности в экспериментальном обнаружении давления света заключались в выделении его на фоне радиометрических и конвективных сил, величина которых зависит от давления окружающего тело газа и при недостаточном вакууме может превышать давление света на несколько порядков. В опытах Лебедева в вакуумированном (давление порядка 10 -4 мм ртутного столба) стеклянном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались коромысла крутильных весов с закреплёнными на них тонкими дисками-крылышками, которые облучались. Крылышки изготавливались из различных металлов и слюды с идентичными противоположными поверхностями. Последовательно облучая переднюю и заднюю поверхности крылышек различной толщины, Лебедев сумел нивелировать остаточное действие радиометрических сил и получить удовлетворительное (с ошибкой ± 20%) согласие с теорией Максвелла. В 1907-10 Лебедев исследовал давление света на газы.

Давление света играет большую роль в астрономических и атомных явлениях. Давление света в звёздах наряду с давлением газа обеспечивает их стабильность, противодействуя силам гравитации. Действием давления света объясняются некоторые формы кометных хвостов. При испускании фотона атомами происходит так называемая световая отдача, и атомы получают импульс фотона. В конденсированных средах давление света может вызывать ток носителей заряда (смотри Увлечение электронов фотонами). Давление солнечного излучения пытаются использовать для создания разновидности космического движителя - так называемого солнечного паруса.

Специфические особенности давления света обнаруживаются в разреженных атомных системах при резонансном рассеянии интенсивного света, когда частота лазерного излучения равна частоте атомного перехода. Поглотив фотон, атом получает импульс в направлении лазерного пучка и переходит в возбуждённое состояние. Далее, спонтанно испуская фотон, атом приобретает импульс (световая отдача) в произвольном направлении. При последующих поглощениях и спонтанных испусканиях фотонов атом получает постоянно импульсы, направленные вдоль светового луча, что и создаёт давление света.

Сила F резонансного давления света на атом определяется как импульс, переданный потоком фотонов с плотностью N в единицу времени: F = Nћkσ, где ћk = 2πћ/λ - импульс одного фотона, σ ≈ λ 2 - сечение поглощения резонансного фотона, λ - длина волны света, k - волновое число, ћ - постоянная Планка. При относительно малых плотностях излучения резонансное давление света прямо пропорционально интенсивности света. При больших плотностях потока фотонов N происходит насыщение поглощения и насыщение резонансного давления света (смотри Насыщения эффект). В этом случае давление света создают фотоны, спонтанно испускаемые атомами со средней частотой γ (обратной времени жизни возбуждённого атома) в случайном направлении. Сила светового давления перестаёт зависеть от интенсивности, а определяется скоростью спонтанных актов испускания: F≈ћkγ. Для типичных значений γ ≈ 10 8 с -1 и λ ≈0,6 мкм сила давления света.F≈5·10 -3 эВ/см; при насыщении резонансное давление света может создавать ускорение атомов до 10 5 g (g - ускорение свободного падения). Столь большие силы позволяют селективно управлять атомными пучками, варьируя частоту света и по-разному воздействуя на атомы с малоразличающимися частотами резонансного поглощения. В частности, удаётся сжимать максвелловское распределение по скоростям, убирая из пучка высокоскоростные атомы. Свет лазера направляют навстречу атомному пучку, подбирая при этом частоту и форму спектра излучения так, чтобы давление света тормозило быстрые атомы с большим смещением резонансной частоты (смотри Доплера эффект). Резонансное давление света можно использовать для разделения газов: при облучении двухкамерного сосуда, наполненного смесью двух газов, атомы одного из которых находятся в резонансе с излучением, резонансные атомы под действием давления света перейдут в дальнюю камеру.

Некоторые особенности имеет резонансное давление света на атомы, помещённые в поле интенсивной стоячей волны. С квантовой точки зрения стоячая волна, образованная встречными потоками фотонов, вызывает толчки атома, обусловленные поглощением фотонов и их стимулированным испусканием. Средняя сила, действующая на атом, при этом не равна нулю вследствие неоднородности поля на длине волны. С классической точки зрения сила давления света обусловлена действием пространственно неоднородного поля на наведённый им атомный диполь. Эта сила минимальна в узлах, где дипольный момент не наводится, и в пучностях, где градиент поля обращается в нуль. Максимальная сила давления света по порядку величины равна F≈ ±Ekd (знаки относятся к синфазному и противофазному движению диполей с моментом d по отношению к полю с напряжённостью Е). Эта сила может достигать гигантских значений: d≈ 1 дебай, λ≈0,6 мкм и Е≈ 10 6 В/см сила F≈5∙10 2 эВ/см. Поле стоячей волны расслаивает пучок атомов, проходящий сквозь луч света, так как диполи, колеблющиеся в противофазе, двигаются по различным траекториям, подобно атомам в Штерна-Герлаха опыте. На атомы, двигающиеся вдоль лазерного луча, действует радиальная сила давления света, обусловленная радиальной неоднородностью плотности светового поля. Как в стоячей, так и в бегущей волне происходит не только детерминированное движение атомов, но и их диффузия в фазовом пространстве, так как поглощение и испускание фотонов - квантовые случайные процессы. Резонансное давления света могут испытывать и квазичастицы в твёрдых телах: электроны, экситоны и др.

Лит.: Лебедев П. Н. Собр. соч. М., 1963; Эшкин А. Давление лазерного излучения // Успехи физических наук. 1973. Т. 110. Вып. 1; Казанцев А. П. Резонансное световое давление // Там же. 1978. Т. 124. Вып. 1; Летохов В. С., Миногин В. Г. Давление лазерного излучения на атомы. М., 1986.

С. Г. Пржибельский.