Андрей Гришаев - Этот «цифровой» физический мир

А обнаруживается ли давление света в лаборатории? Считается, что оно обнаружилось в опытах Лебедева[Л3]. В этих опытах свет от электрической дуги направлялся на мишени из фольги, прикреплённые к крылышкам лёгких крутильных маятников разных конструкций. За время освещения с одной стороны, маятнику давали совершить одно полное колебание, замечая при этом три положения максимальных отклонений – по которым вычисляли нулевое положение. Затем свет направляли с другой стороны, и точно так же находили новое нулевое положение. Половина разности между этими двумя нулевыми положениями, как полагали, соответствовала силовому эффекту от светового давления.

Но главным фактором, маскировавшим искомый эффект, являлись радиометрические силы [Л3]. Эти силы обусловлены тем, что, в прилегающем к мишени объёме, температура газа с освещённой стороны выше, чем с неосвещённой – что порождает соответствующую разницу давлений на мишень. Радиометрические силы в значительной степени ослаблялись вакуумированием баллона, в котором помещался крутильный маятник; но полностью эти силы, конечно, не устранялись. Вызывает недоумение тот факт, что величину ожидаемого эффекта из-за действия этих сил – для реальных условий опыта – автор не привёл. Тогда не могло ли оказаться, что этими силами был обусловлен весь наблюдаемый эффект?

В пользу этого подозрения мы усматриваем одно важное свидетельство. Согласно теории Максвелла, давление света зависит от коэффициента отражения поверхности, на которую падает свет: для абсолютно отражающей поверхности давление в два раза больше, чем для абсолютно поглощающей. Поэтому Лебедев и использовал два типа мишеней: сильно поглощающих, покрытых платиновой чернью – и сильно отражающих, имевших зеркальное напыление. Но, вместо ожидавшейся почти двукратной разницы, имело место лишь незначительное превышение наблюдаемого эффекта для зеркальных мишеней по сравнению с чернёными. На основе рядов данных в [Л3], которые имеет смысл сравнивать, т.е. полученных для одного и того же маятника и одного и того же калориметра, измерявшего падавшую энергию, мы получили следующие средние величины эффекта (в условных единицах):

маятник N2 – (чернь) 1.55±0.07, (зеркала) 1.89±0.31;

маятник N3 – (чернь) 1.30±0.18, (зеркала) 1.70±0.24.

Как можно видеть, для маятника N2 отношение средних величин эффектов для чернённых и зеркальных мишеней составило всего-то 1.2, а для маятника N3 – 1.3. Эти цифры говорят о том, что Лебедев имел дело не с давлением света, а, скорее всего, с остаточными радиометрическими силами.

Весьма показательно и следующее обстоятельство. Спустя десятилетия, опыты Лебедева могли быть повторены в условиях, гораздо более благоприятных для устранения радиометрических сил. В баллоне Лебедева давление остаточных газов было несколько ниже, чем 10 -4мм.рт.ст. [Л3]. Для сравнения: при поточном производстве радиоламп, их колбы откачивали до давления 10 -7мм.рт.ст. [Е1], а в экспериментальных технических установках достигается давление ещё на несколько порядков ниже. Кроме того, могли быть использованы лазерные источники света, которые не только давали бы гораздо более мощный, чем у Лебедева, поток световой энергии, но и, при подходящем выборе рабочей длины волны, практически исключали бы действие света на остаточные газы. Однако, про сообщения о подобных опытах нам неизвестно. Трудно поверить в то, что никто не пытался ставить эти опыты. Проще поверить в то, что, после устранения радиометрических сил, пропадал и наблюдаемый силовой эффект. А чтобы публика-дура об этом не догадалась, придумали игрушку с замечательным названием: «радиометрическая вертушка». Светишь на её крыльчатку, а она и вертится! «Пусть вас не смущает название вертушки, - разъяснили публике, - она вертится из-за давления света!»

И вот, поскольку упорно не доказывался перенос импульса фотонами, когда они летели потоком, оставалась надежда лишь на доказательства переноса импульса отдельным фотоном. Считается, что первым таким доказательством стал эффект Комптона. Этот эффект заключается в рассеянии веществом рентгеновского излучения – с характерным увеличением его длины волны. Классическая теория рассеяния света не смогла объяснить этот феномен, и было принято объяснение Комптона [К1], основанное на подходе квантовой теории.

Согласно этому объяснению, рентгеновский фотон неупруго соударяется со слабо связанным атомарным электроном. При этом, как следует из законов сохранения энергии и импульса, часть своей энергии (и импульса) фотон передаёт электрону, выбивая его из атома и превращая в «электрон отдачи». В результате, как следует из законов сохранения энергии-импульса, длина волны фотона увеличивается. Такой подход согласуется с главными свойствами комптоновского сдвига длины волны: во-первых, с его независимостью от атомного номера вещества рассеивателя и, во-вторых, с его зависимостью лишь от угла, на который происходит рассеяние.