Работа 2018 года отделила вызываемые импульсом упругие волны в диэлектрическом зеркале от теплового расширения.
Фотон не имеет массы покоя, но переносит энергию и импульс. Когда свет поглощается поверхностью или отражается от неё, импульс меняется, а поверхность получает отдачу. Сила обычно мала, но её можно измерить и использовать.
Для потока света, падающего перпендикулярно на идеально поглощающую поверхность, давление связано с интенсивностью делением на скорость света. Идеальное зеркало разворачивает импульс в обратную сторону, поэтому в простом случае передача примерно удваивается.
Как «услышали» импульс в зеркале
В работе Nature Communications 2018 года международная группа направляла лазерные импульсы на диэлектрическое зеркало и измеряла чрезвычайно малые перемещения поверхности. Переданный импульс возбуждал внутри твёрдого тела несколько типов упругих волн.
Главная трудность состояла в отделении механического толчка от нагрева: даже слабое поглощение света расширяет материал и тоже создаёт движение. Исследователи использовали временную форму сигналов и модель переноса энергии и импульса, чтобы выделить характерные компоненты. Это не было первым измерением давления света вообще; работа уточняла, как импульс проходит из электромагнитного поля в упругие волны зеркала.
Сила света уже используется в оптических пинцетах, которые удерживают микрочастицы и биологические объекты в градиенте лазерного поля. В космосе солнечный парус получает непрерывный слабый толчок от солнечного излучения. Ускорение невелико, зато не требует расхода топлива после развёртывания.
Электромагнитное излучение переносит импульс и создаёт давление при поглощении или отражении. Реальный результат зависит от отражения, поглощения и геометрии.
Давление света не оставалось загадкой 150 лет: его теория и экспериментальные подтверждения существуют давно. Современные исследования решают более тонкую задачу — точно проследить передачу импульса в реальных материалах и превратить малую силу в измерительный инструмент.