Давление света - давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также
отдельные молекулы и атомы; одно из пондеромоторных действий света, связанное
с передачей импульса эл--магн. поля веществу. Гипотеза о существовании Д. с.
была впервые высказана И. Кеплером (J. Kepler) в 17 в. для объяснения отклонения
хвостов комет от Солнца. Теория Д. с. в рамках классич. электродинамики дана
Дж. Максвеллом (J. Maxwell) в 1873. В ней Д. с. тесно связано с рассеянием и
поглощением эл--магн. волны частицами вещества. В рамках квантовой теории Д.
с.- результат передачи импульса фотонами телу.
При нормальном падении
света на поверхность твёрдого тела Д. с. определяется формулой p=S(1-R)/c, где S - плотность потока энергии (интенсивность света), R - коэф.
отражения света от поверхности.
Экспериментально Д. с.
на твёрдые тела было впервые исследовано П. H. Лебедевым в 1899. Осн. трудности
в эксперим. обнаружении Д. с. заключались в выделении его на фоне радиометрич.
и конвективных сил, величина к-рых зависит от давления окружающего тело
газа и при недостаточном вакууме может превышать Д. с. на неск. порядков. В
опытах Лебедева в вакуумированном (~10-4 мм рт. ст.) стеклянном сосуде
на тонкой серебряной нити подвешивались коромысла крутильных весов с закреплёнными
на них тонкими дисками-крылышками, к-рые и облучались. Крылышки изготавливались
из разл. металлов и слюды с идентичными противоположными поверхностями. Последовательно
облучая переднюю и заднюю поверхности крылышек разл. толщины, Лебедеву удалось
нивелировать остаточное действие радиометрич. сил и получить удовлетворительное
(с ошибкой b20%) согласие с теорией Максвелла. В 1907-10 Лебедев выполнил
ещё более тонкие эксперименты по исследованию Д. с. на газы и также получил
хорошее согласие с теорией.
Д. с. играет большую роль
в астр. и атомных явлениях. В астрофизике Д. с. наряду с давлением газа обеспечивает
стабильность звёзд, противодействуя силам гравитации. Действием Д. с. объясняются
нек-рые формы кометных хвостов. К атомным эффектам относится т. н. световая
отдача, к-рую испытывает возбуждённый атом при испускании фотона.
В конденсиров. средах Д.
с. может вызывать ток носителей (см. Светоэлектрический эффект).
Специфич. особенности Д.
с. 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. Сила F резонансного Д. с. на
атом определяется как импульс, переданный потоком фотонов с плотностью N в ед. времени:
, где
- импульс одного фотона,
- сечение поглощения резонансного фотона, -
длина волны света. При относительно малых плотностях излучения резонансное Д.
с. прямо пропорционально интенсивности света. При больших плотностях N
в связи с конечным (0)
временем жизни возбуждённого уровня происходит насыщение поглощения и насыщение
резонансного Д. с. (см. Насыщения эффект ).В этом случае Д. с. создают
фотоны, спонтанно испускаемые атомами со средней частотой
(обратной времени жизни возбуждённого атома) в случайном направлении, определяемом
диаграммой испускания атома. Сила светового давления перестаёт зависеть от интенсивности,
а определяется скоростью спонтанных актов испускания: .
Для типичных значений 108
с-1 и 0,6
мкм сила Д. с. F5*l0-3
эВ/см; при насыщении резонансное Д. с. может создавать ускорение атомов до 105
g (g - ускорение свободного падения). Столь большие силы позволяют селективно
управлять атомными пучками, варьируя частоту света и по-разному воздействуя
на группы атомов, мало отличающиеся 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 наиб. сильное тормозящее действие Д. с.
испытывали наиб. быстрые атомы из-за их большего доплеровского смещения резонансной
частоты. Другим возможным применением резонансного Д. с. является разделение
газов: при облучении двухкамерного сосуда, наполненного смесью двух газов, один
из к-рых находится в резонансе с излучением, резонансные атомы под действием
Д. с. перейдут в дальнюю камеру.
Своеобразные черты имеет
резонансное Д. с. 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 классич. точки зрения сила Д. с. 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. Макс. сила Д. с. по порядку величины равна FEkd (знаки относятся к синфазному и противофазному движению диполей с моментом
d по отношению к полю с напряжённостью E). Эта сила может
достигать гигантских значений: для d1
дебай, 0,6 мкм
и E106
В/см сила F5*102
эВ/см.
Поле стоячей волны расслаивает
пучок атомов, проходящий сквозь луч света, т. к. диполи, колеблющиеся в противофазе,
двигаются по разл. траекториям подобно атомам в Штерна - Герлаха опыте. В
лазерных пучках на атомы, двигающиеся вдоль луча, действует радиальная сила
Д. с., 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 вследствие того, что акты поглощения и испускания
фотонов - чисто квантовые случайные процессы. Коэф. пространств. диффузии для
атома с массой M в бегущей волне равен
.
Подобное рассмотренному
резонансное Д. с. могут испытывать и квазичастицы в твёрдых телах: электроны,
экситоны и др.
С. Г. Пржибелъский, Ю. А. Чистяков
Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.