Давление света💡

Полетаем | Давление света💡 Статьи

Какое давление оказывает свет на материю, с которой он взаимодействует? Эта проблема ставила ученых в тупик на протяжении почти 150 лет, но теперь она, возможно, нашла решение. Группа исследователей разработала метод измерения воздействия фотона на материю.

Хотя фотон не имеет массы, он обладает импульсом, который можно определить в рамках специальной теории относительности.

И этот импульс оказывает силу. Еще в 1619 году была выдвинута гипотеза о давлении, оказываемом светом. В своем труде «О кометах» немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер предположил, что свет от Солнца, оказывающий давление, является причиной того, что хвост кометы всегда удаляется от Солнца.

Только в 1873 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл в книге «Трактат об электричестве и магнетизме» выдвинул гипотезу, что это связано с импульсом.

Клерк Максвелл, чьи работы послужили важнейшей основой для работ Эйнштейна по теории относительности, предположил, что свет — это форма электромагнитного излучения, которое несет импульс и, таким образом, оказывает давление.

Но импульс — и, следовательно, давление излучения — фотона исчезающе мал, что означает, что измерить его напрямую крайне сложно.

Поскольку количество импульса, переносимого светом очень мало, у нас не было достаточно чувствительного оборудования, чтобы решить эту проблему.

  • Спойлер: наши нынешние технологические возможности все еще недостаточно чувствительны, чтобы напрямую определить импульс фотона. Но ученые из Словении и Бразилии придумали способ измерить влияние импульса фотона.

Они построили прибор вокруг зеркала. Для защиты эксперимента от внешних помех вокруг него была установлена тепловая защита, а также чувствительные акустические датчики.

Когда они запускали лазерные импульсы в зеркало — это посылало упругие волны, движущиеся по его поверхности. Эти волны, регистрируемые акустическими датчиками, открывают возможность рассчитать давление излучения, оказываемое импульсом фотонов.

Мы не можем напрямую измерить импульс фотонов, поэтому наш подход заключался в том, чтобы определить его влияние на зеркало, «слушая» упругие волны, проходящие через него», — объяснили они.

Они смогли проследить особенности этих волн до импульса, находящегося в самом световом импульсе, что открывает дверь к окончательному определению и моделированию того, как световой импульс существует внутри материалов.

Это не просто очень интересная наука — она может иметь важное практическое применение.

  • Например, возможность точного расчета светового давления может проложить путь к улучшению технологии солнечных парусов — метода безракетной тяги для космических аппаратов, который использует фотонного давление на парус вместо ветра.
  • Это также может позволить улучшить оптический(лазерный) пинцет — метод захвата и манипулирования невероятно малыми частицами — вплоть до масштабов одного атома.
Оцените статью
Маяк Науки
Добавить комментарий

19 + три =