43. Ціск святла. Доследы Лебедзева. Досдеды Вавілава. Дослед Ботэ. Эфект Комптана.

Адным з дзеянняў, якія суправаджаюць узаемадзеянне святла з рэчывам, з'яўляецца ціск святла на паверхню рэчыва. Механічнае дзеянне аптычнага выпраменьвання на целы, часціцы, асобныя атамы і малекулы часам называюць пандэраматорным дзеяннем святла. Існуе некалькі разнавіднасцей пандэраматорнага дзеяння святла. Пры перадачы імпульсу целу, якое абпраменьваецца святлом, мае месца светлавы ціск. Пры выпраменьванні таксама перадаецца імпульс целу, якое вылучае святло. У гэтым выпадку назіраецца светлавая аддача.

Да пандэраматорных дзеянняўсвятла адносяць таксама адваротны п'езаэлектрычны эфект і электрастрыкцыю. У выпадку адваротнага п'езаэфекта пад дзеяннем электрьгчнага поля з'яўляюцца механічныя дэфармацыі. Электрастрыкцыя, г.зн. дэфармацыя дыэлектрыкаў, прапарцыйная квадрату напружанасці электрычнага поля і абумоўлена палярызацыяй дыэлектрыкаў у электрычным полі.

Сярод апісаных светлавых дзеянняў асаблівая роля належыць светлавому ціску. Ён адыграў пэўную ролю ў развіцці тэорыі светлавых з'яў. Гіпотэза аб існаванні светлавога ціску ўпершым была выказана І.Кеплерам,які спрабаваў растлумачыць пры дапамозе светлавога ціску адхіленне хвастоў камет, якія пралятаюць паблізу Сонца. Максвэл зыходзячы з электрамагнітнай тэорыі, ацаніў велічыню светлавога ціску. Упершыню ціск святла вызначыу П.Н.Лебедзеу (1886—1912). Плоскія лёгкія крылцы дыяметрам 5 мм з розных металау і слюды падвешваліся на шкляной нітцы і змяшчаліся ў пасудзіну, з якой былоо адпампавана паветра. Пры дапамозе спецыяльнай аптычнай сістэмы лінзаў і люстэркаў на крылцы накіроўвалася святло ад магутнай электрычнай дугі. Пры дапамозе люстэркаў можна было змяняць напрамак падзення святла на крылцы.

Асноўнымі цяжкасцямі ў доследах Лебедзева былі ўлік дзеяння канвекцыйных патокаў і радыеметрычныя сілы. Канвекцыйныя патокі праяўляюцца пры нахільным становішчы крылцаў і не залежаць ад напрамку падаючага светлавога патоку. Каб ліквідаваць дзеянне гэтых патокаў, Лебедзеў праводзіў вымярэнні пры розных напрамках асвятлення паверхні крылцаў Радыеметрычныя сілы ўзнікаюць у разрэджаным газе ў выніку рознасці тэмператур асветленай і неасветленай паверхняў крылцау.

Светлавы ціск адыгрывае важную ролю ў цэлым шэрагу з'яў. Ціск святла разам з ціскам газа забяспечвае стабільнасць зорак, супрацьдзейнічаючы сілам гравітацыйнага сціскання. Ён аказвае ўплыў на дынаміку калязоркавага і міжзоркавага газу.

Магчымасці выкарыстання светлавога ціску ў вырашэнні шэрагу практычных задач з'явіліся пасля стварэння квантавых генератараў.

Сіла светлавога ціску на асобныя атамы невялікая, але паколькі маса атама малая, то механічнае ўздзеянне святла можа быць значным. Асабліва вялікае ўздзеянне ў тым выпадку, калі частата лазернага выпраменьвання роўная частаце атамнага пераходу (аптычны рэзананс). Гэтая з'ява можа быць выкарыстана для падзелу газаў, а таксама ізатопаў.

Эффект Комптана.

У 1922 г. амерыканскі фізік А.Комптан (1892—1962), вывучаючы рассеянне рэнттенаўскіх прамянёў, выявіў, што пры гэтым мае месца змяненне даўжыні іх хвалі. Такая з'ява атрымала назву эфекту Комптана. Эфект найбольш інтэнсіўна праяўляецца пры рассеянні на лёгкіх атамах. Пры гэтым усе лёгкія атамы паводзяць сябе аднолькава. Такая акалічнасць гаворыць аб тым, што працэс рассеяння зводзіцца да сутыкнення фатонаў з электронамі. У лёгкіх атамах сувязь электронаў з ядром атама слабая і пад дзеяннем рэнтгенаўскіх прамянёў электроны лёгка аддзяляюцца ад атама. Таму можна лічыць, што мае месца рассеянне свабоднымі электронамі.

У квантавай тэорыі эфект Комптана разглядаюць як вынік пругкага сутыкнення дзвюх часціц - фатона, які падае, і электрона, які знаходзіцца ў стане спакою. У кожным акце сутыкнення выконваюцца законы захавання энергіі і імпульсу. Фатон перадае частку сваёй энергіі і імпульсу электрону і змяняе напрамак руху - рассейваецца пад вуглом (рыс.).

Змяншэнне энергіі фатона прыводзіць да змяншэння частаты рассеянага фатона, а значыць, да павелічэння даўжыні хвалі

Эфект Комптана служыць адньм з эксперыментальных доказаў квантавай тэорыі святла.

Калі электроны, на якіх пругка рассейваецца электрамагнітнае выпраменьванне, рэлятывісцкія, то энергія і імпульс фатона будуць павялічвацца за кошт энергіі і імпульсу электронаў. Даўжьгая хвалі фатона пры рассеянні на такіх электронах будзе змяншацца. Гэтую з'яву называюць адваротным эфектам Комптана.

С.І.Вавілаў паставіў доследы па выяўленні флуктуацый слабых светлавых патокаў. У выніку было ўстаноўлена, што ў вобласці найболыпай адчувальнасці ( = 550 нм) вока пачынае рэагаваць на святло пры пападанні на зрэнку прыкладна 200 фатонаў за секунду. Пры такой інтэнсіўнасці падаючага святла флуктуацыі светлавога патоку насілі ўжо статыстычны характар.

Адзін з доследаў, якія пацвярджаюць тое, што святло распаў-сюджваецца ў выглядзе асобных часціц (фатонаў), быў пастаўлены ў 1926 г. нямецкім фізікам В.Ботэ. Рэнтгенаўскае выпраменьванне ад трубкі РТ падала на тонкую фольгу Ф, размешчаную паміж двума газаразраднымі лічыльнікамі Лч. Пад дзеяннем рэнтгенаўскіх прамянёў фольга станавілася крыніцай выпраменьвання (рэнтгенаўская флуарэсцэнцыя). Выпраменьванне фольгі трапляла ў лічыльнікі, якія пры гэтым спрацоўвалі і прыводзілі ў дзеянне механізмы што пж^^лі меткі на рухомай стужцы С.

К алі б энергія, якую выпраменьвае фольга, распаўсюджвалася раўнамерна ва ўсе бакі, як гэта вынікае з хвалевых уяўленняў, то абодва лічыльнікі павінны былі б спрацоўваць адначасова і меткі на стужцы размяшчаліся б адна насупраць другой. У сапраўднасці ж назіралася беспарадкавае размяшчэнне метак. Гэта можна растлумачыць толькі тым, што ў асобных актах выпускання ўзнікаюць светлавыя часціцы (фатоны), якія ляцяць то ў адным, то ў другім напрамку.