Давление света

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Сентября 2013 в 20:38, реферат

Краткое описание

Давление света, давление, производимое светом на отражающие или поглощающие тела. Д. с. впервые было экспериментально открыто и измерено П. Н. Лебедевым (1899). Величина Д. с. даже для самых сильных источников света (Солнце, электрическая дуга) ничтожно мала и маскируется в земных условиях побочными явлениями (конвекционными токами, радиометрическими силами, см. Радиометрический эффект), которые могут превышать в тысячи раз величину Д. с. Для обнаружения Д. с. Лебедев изготовил специальные приборы и проделал опыты, представляющие замечательный пример искусства эксперимента.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Документ Microsoft Word.doc

— 107.00 Кб (Скачать документ)

Впрочем, нам  известна одна статья [10], посвящённая  демонстрациям давления лазерного  света. В первом из описанных там  экспериментов, лазерный луч слабо  фокусировался в кювете с жидкостью, в которой были взвешены мелкодисперсные полупрозрачные диэлектрические шарики. В створе светового луча наблюдались два типа движений шариков: вдоль луча – сонаправленно с потоком световой энергии – и поперёк луча. Едва ли можно сомневаться в том, что движение шариков вдоль луча не вызывалось световым давлением, а представляло собой фотофорез, обусловленный более высокой температурой жидкости с освещённой стороны шарика – автор [10] и не оспаривает этот тезис. Поперечные же движения шариков считались следствием светового давления, согласно следующей модели. Рассматривался случай, когда шарик находится в створе светового гауссова пучка, на некотором удалении от его центральной оси. Испытывая преломление на поверхностях шарика, лучи света изменяют свои направления, отчего шарику, якобы, передаются импульсы отдачи. Ввиду радиального уменьшения интенсивности в гауссовом пучке, на половину освещённой полусферы шарика, находящейся ближе к центральной оси пучка, падает больший световой поток, чем на другую половину – отчего суммарная отдача в радиальном направлении не равна нулю. Странным образом, в этой модели не учитывается отражение падающих на шарик лучей – а ведь тогда, при тех же исходных предпосылках, суммарная отдача имела бы прямо противоположное направление. Вновь, ни о каком подтверждении наличия светового давления говорить не приходится.

Второй эксперимент, описанный в [10], это «оптическая  левитация»: удержание на весу в  воздухе крупинки вещества, подсвечиваемой лазерным лучом снизу. Опять же: где доказательства, что крупинка удерживается световым давлением, а не радиометрическими силами? Второй из этих вариантов, на наш взгляд, гораздо правдоподобнее. Плохи дела с экспериментальным подтверждением наличия светового давления, если журнал УФН перепечатывает подобные бездоказательные статьи.

Добавим, что  УФН напечатал ещё статью [11] –  «Резонансное световое давление». Это  многообещающее название обманчиво, т.к. статья [11] имеет чисто теоретический  характер.  

 

Об эффекте Комптона.

Эффект Комптона, как полагают, является первым экспериментальным  свидетельством о том, что отдельные  фотоны переносят импульс.

Этот эффект заключается в увеличении длины волны рентгеновских лучей, рассеянных на мишенях из лёгких химических элементов. Комптоновский сдвиг не зависит от атомного номера элемента рассеивателя, он зависит лишь от угла, на который происходит рассеяние, причём в выражение для комптоновского сдвига входит, в качестве константы, комптоновская длина волны электрона. Ввиду этого последнего обстоятельства считается, что комптоновское рассеяние происходит при неупругом соударении рентгеновского фотона со «слабо связанным» атомарным электроном – отчего фотон передаёт часть своей энергии этому электрону, выбивая его из атома и превращая в «электрон отдачи». Законы сохранения энергии-импульса, применённые к подобному неупругому соударению, дают подтверждаемое опытом выражение для комптоновского сдвига длины волны.

Однако, такой подход объясняет  отнюдь не все главные особенности рассеяния рентгеновских лучей. Так, в рассеянном на любой угол излучении присутствует компонента с не изменённой длиной волны. Полагают, что эта компонента порождается при таком рассеянии фотона на атомарном электроне, при котором электрон из атома не выбивается – т.е. фотон соударяется, фактически, с атомом, импульс отдачи которого ничтожен. Но до сих пор нет разумного объяснения тому, что фотон с энергией, на три порядка большей энергии связи атомарного электрона, в одних случаях выбивает электрон из атома, а в других случаях не выбивает его – рассеиваясь при этом на один и тот же угол. Уничтожающим же доводом против квантовой теории комптоновского рассеяния является наличие, в рассеянном на любой угол излучении, анти-комптоновской компоненты, длина волны которой уменьшена на величину комптоновского сдвига.

Между тем, названные и некоторые  другие особенности феномена, малопонятные с позиций комптоновского подхода, находят естественное объяснение [12]. Мы полагаем, что комптоновская и  анти-комптоновская компоненты порождаются в результате обработки навигатором (см. выше) задачи рассеяния не на атомарном электроне, а на комплексе «нейтрон-протон-нейтрон» в ядре, причём в таком комплексе рассеивающий центр совершает циклические «скачки» в пространстве – на расстояние, равное как раз комптоновской длине волны электрона. Результирующие комптоновский и анти-комптоновский сдвиги длины волны оказываются тривиальным геометрическим эффектом работы навигатора – без «соударения» рентгеновского кванта с рассеивающим центром и, соответственно, без выбивания электрона отдачи. Эти представления отнюдь не противоречат результатам экспериментов, призванных проиллюстрировать разлёт продуктов комптоновского рассеяния – а именно, доказать, что рассеянный фотон и электрон отдачи вылетают одновременно, и что направления их разлёта находятся в согласии с законами сохранения энергии-импульса. В [12] дан критический обзор экспериментов подобного рода, и показана их полная бездоказательность.

В итоге, более адекватное объяснение особенностей рассеяния рентгеновских лучей даёт наша модель [12], согласно которой рентгеновские кванты не переносят импульс.  

 

Об эффекте Мёссбауэра.

Эффект Мёссбауэра считается свидетельством о переносе импульса g-квантами. До открытия Мёссбауэра, наблюдение резонансного ядерного поглощения было затруднено – как считалось, из-за эффекта отдачи: g-квант, якобы, передаёт часть своего импульса как излучающему его ядру, так и поглощающему, отчего их совпадающие невозмущённые линии «разъезжаются» на величину, превышающую их ширины. Доказательством справедливости такого подхода считалось увеличение вероятности резонансного поглощения при допплеровской компенсации рассогласования линий излучателя и поглотителя. И, когда Мёссбауэр обнаружил резонансное поглощение при отсутствии допплеровской компенсации, а при условиях, когда ядра-излучатели и ядра-поглотители входили в состав кристаллических структур, находившихся при достаточно низкой температуре – был сделан вывод о том, что здесь отдача от g-кванта воспринимается не одиночным ядром, а всем кристаллом в целом, становясь при этом, практически, нулевой.

Однако, наш анализ [13] показал, что  в не-мёссбауэровских случаях  резонансного ядерного поглощения имела  место селекция опытных данных: та их часть, которая не согласовывалась с концепцией отдачи от g-кванта – несомненно, замалчивалась. В лучшем согласии с опытными данными оказывается наша модель [13] – согласно которой, резонансному ядерному поглощению в обычных условиях препятствует не «эффект отдачи», а допплеровские смещения, обусловленные тепловыми колебаниями ядер в твёрдых телах. При достаточно низких температурах, когда размах тепловых колебаний ядер становится меньше длины волны g-излучения, допплеровские смещения становятся нулевыми из-за эффекта Лэмба-Дика – и имеет место мёссбауэровский режим. Из нашего подхода следует, что, у конкретного кристалла, переход в мёссбауэровский режим для различных длин волн g-излучения происходит при различных температурах – а не при одной и той же, дебаевской, как это следует из традиционного подхода. Именно наш подход лучше согласуется с опытом: чего стоит один лишь факт мёссбауэровского поглощения для перехода 14.4 кэВ у железа при температурах вплоть до 1046оК, хотя дебаевская температура у железа равна 467оК. Кроме того, из нашего подхода следует, что мёссбауэровские ширины определяются не естественными ширинами ядерных линий, а параметрами кристаллической решётки, которая в мёссбауэровском режиме является высокодобротным интерференционным фильтром. Следствием этого вывода является предсказание об анизотропии эффекта Мёссбауэра для монокристаллических образцов – что действительно имеет место. Любое объяснение этой анизотропии с позиций традиционного подхода является противоречивым, поскольку здесь для кристаллической решётки подразумевается абсолютная жёсткость, при которой отдача от g-кванта воспринимается «всем кристаллом» одинаково во всех направлениях.

В итоге, резонансное ядерное поглощение гораздо адекватнее объясняется  на основе нашей модели [13], в которой g-кванты не переносят импульс, так что никакой «отдачи» у излучающих и поглощающих их ядер не происходит.  

 

О лазерном охлаждении ионов  и оптических ловушках.

После создания сверхузкополосных  перестраиваемых лазеров, бурно  развивается спектроскопия атомов и ионов, охлаждённых и удерживаемых лазерным излучением (см., например, обзор [14]). Лазерное охлаждение атомов и ионов, а также их удержание в оптических ловушках, считаются несомненными свидетельствами передачи этим атомам и ионам импульсов фотонов, которых они резонансно поглощают. Но, на наш взгляд, здесь происходят совсем иные процессы.

Так, техника лазерного охлаждения ионов «на боковой полосе»  заключается в следующем. Ионы, удерживаемые как в радиочастотной, так и  в пеннинговской ловушке (см. обзор [14]), совершают колебания в области устойчивого движения. Облачко ионов подсвечивается лазерным лучом, частота которого ниже частоты «охлаждающего» оптического перехода у ионов на частоту их колебательных движений – с таким расчётом, что ионы, движущиеся навстречу лазерным фотонам, воспринимают их допплеровски увеличенную частоту как резонансную, и эффективно их поглощают. Переизлучение же поглощённых фотонов, как полагают, происходит спонтанно, в произвольном направлении. Таким образом, при поглощении фотонов, у колеблющегося иона накапливается тормозящий импульс, а, при их переизлучении, усреднённый импульс отдачи стремится к нулю – так что колебательные движения ионов гасятся.

Мы же полагаем, что гашение колебаний  здесь происходит иначе. Бесспорно, что при поглощении ионом порции световой энергии hf, масса иона увеличивается на величину hf/c2, а при излучении такой же порции энергии, масса иона уменьшается до прежнего значения. К чему могут привести повторяющиеся увеличения-уменьшения массы колеблющегося иона? Напрашивается ответ: они могут привести – без какой бы то ни было передачи импульса – либо к параметрическому гашению колебаний иона, либо, наоборот, к их параметрической раскачке. Поскольку нет гарантий, что циклы увеличения-уменьшения массы иона синхронизированы с циклами его колебаний, то ясно, что параметрическое гашение колебаний будет происходить с меньшей вероятностью, чем их параметрическая раскачка. Из практики хорошо известно, что лишь ничтожный процент ионов из облачка испытывает «лазерное охлаждение» - а остальные, наоборот, покидают зону устойчивого движения. Заметим, что параметрическое гашение колебаний ионов происходило бы с неменьшим успехом в случае, когда частота лазера выше частоты оптического перехода на колебательную частоту, т.е. когда резонансно поглощают ионы, движущиеся попутно с фотонами – хотя, согласно традиционной логике, в такой ситуации должен иметь место «лазерный разогрев» ионов.

Ещё один важный экспериментальный  результат – это удержание  атомов лазерными лучами. Так, в стандарте частоты, называемом «цезиевый фонтан» (см., например, [15]), облачко атомов цезия удерживается в «холодном», т.е., практически, в неподвижном состоянии благодаря подсветке, с шести сторон, лазерными лучами, частота которых на ~5 МГц ниже невозмущённой частоты оптического перехода (l=852 нм) в цезии. Считается, что при движении атома, уводящем его из области перекрестья лучей, он резонансно поглощает фотоны встречного луча и, таким образом, тормозится из-за эффекта отдачи.

Мы же полагаем, что и в данном случае дело заключается не в эффекте отдачи. Находящийся в движении атом воспринимает, из-за эффекта Допплера, частоту встречного луча увеличенной, а частоту попутного луча – уменьшенной. При этом, поразительным образом, искусственно имитируется пребывание атома в условиях градиента частот [16], который порождает безотдачное силовое воздействие, направленное в сторону понижения частот. В результате атом приобретает тормозящее безопорное ускорение, энергетически обеспеченное превращением части его собственной энергии (т.е. массы) в кинетическую энергию – как это происходит согласно нашей модели действия тяготения на вещество [17].

Добавим, что на том же самом  принципе – имитации градиента частот – производится подброс облачка  атомов в «цезиевом фонтане». Для этого частоты лазеров, подсвечивающих облачко сверху и снизу, на время порядка одной миллисекунды сдвигают на несколько МГц – частоту подсветки сверху уменьшают, а частоту подсветки снизу увеличивают. В результате этой процедуры облачко атомов, испытавших кратковременную имитацию вертикального градиента частот, начинает свой свободный полёт вверх. Разумеется, традиционный подход объясняет такой подброс облачка атомов иначе – как результат накопления импульсов поглощённых фотонов из подсветки снизу. Для того, чтобы таким способом атому цезия была сообщена скорость в несколько метров в секунду, он должен накопить импульс от ~1000 оптических фотонов – что, за время «подбрасывающего режима», вполне возможно. Но обратим внимание на одно важное обстоятельство. Из опыта достоверно известно, что начальная скорость свободного полёта облачка ионов вверх – по окончании «подбрасывающего режима» - прямо пропорциональна применённой разности частот подсветок снизу и сверху. Между тем, увеличение этой разности частот, вообще говоря, не должно приводить к прямо пропорциональному увеличению числа поглощённых фотонов за время «подбрасывающего режима» - при том, что энергия этих фотонов остаётся, практически, неизменной. Отчего же усиливается подброс при увеличении разности частот подсветок снизу и сверху? Наше объяснение, через имитацию градиента частот, выглядит предпочтительнее.

Похоже, мы имеем дело с парадоксальной ситуацией: экспериментаторы научились  искусственно создавать условия, при  которых возникает безопорное движение атомов – но, не веря глазам своим, пытаются втиснуть эти результаты в рамки традиционных понятий.  

 

Крах концепции фотона.

Приведём краткую сводку особенностей, ставящих под сомнение существование  фотонов – как их традиционно  представляют.

Порции световой энергии перебрасываются непосредственно с атома на атом – причём, практически, мгновенно [1]. При этом не происходит передача импульса: как мы постарались показать в данной и в предшествующих статьях [18,12,13], результаты ключевых экспериментов находят более адекватное объяснение (по сравнению с традиционным) на основе нашей модели – согласно которой, никакой «отдачи» при квантовом перебросе световой энергии не происходит (поэтому фотонные ракеты – это утопия). Сюда следует добавить вывод о том, что фотоны не испытывают гравитационных сдвигов частоты [19,20]: этим сдвигам подвержены лишь уровни энергии в веществе. Совершенно аналогично, фотоны не испытывают квадратично-допплеровских сдвигов частоты [21,20]: этим сдвигам также подвержены лишь уровни энергии в веществе. Кроме того, фотоны не испытывают и линейно-допплеровских сдвигов частоты [2]: с этими сдвигами имеет дело навигатор квантовых перебросов энергии [2], но сама перебрасываемая порция энергии не изменяется от того, что отдающий и принимающий атомы каким-то образом движутся. Наконец, традиционные представления об аннигиляции и рождении электрон-позитронных пар, в которых подразумевается полноценность фотона как частицы, основаны на недоразумениях. Наш анализ [22] экспериментов показал, что электрон и позитрон при аннигиляции не исчезают полностью: излучая, при таком событии, один g-квант с энергией 511 кэВ, они образуют «предельно связанную пару» [22] – которая, при сообщении ей достаточной энергии возбуждения, способна диссоциировать на пару электрон-позитрон. К тому же, не наблюдалось прямого превращения g-кванта в электрон-позитронную пару: эта пара вылетает из ядра, в которое попадает g-квант с достаточной энергией [22]. Таким образом, о взаимопревращениях между веществом и фотонами говорить не приходится.

Что же остаётся от традиционной концепции  фотона? Эта концепция совершенно излишняя с позиций нашей модели «цифрового» физического мира, процессы в котором происходят в результате работы программных предписаний, обеспечивающих выполнение физических законов. Так, распространение света управляется навигатором квантовых перебросов энергии [2]. Такой подход избавляет от необходимости приписывать фотону необъяснимые свойства, прикрываемые термином «корпускулярно-волновой дуализм», поскольку за особенности распространения света, в том числе и за волновые свойства, отвечает навигатор. При таком подходе немедленно устраняются парадоксы, связанные с «редукцией волнового пакета» для фотона в явлениях интерференции и дифракции, с «интерференцией» фотонов, летящих поодиночке, с «интерференцией» фотона с самим собой, и т.п.  

Информация о работе Давление света