Световое давление

Фотон — частица света, представляющая собой квант элек­тромагнитного излучения с энергией hv. Понятие о световых квантах впервые появляется в работах А.Эйнштейна, связанных с объяснением законов внешнего фотоэффекта. Подтверждением этой гипотезы послужили эксперименты, связанные с регистра­цией электромагнитного излучения чрезвычайно малой интен­сивности, когда удалось обнаружить флуктуации интенсивности света, доказывавшие, что свет распространяется в виде дискрет­ных частиц (опыты С.И.Вавилова, опыт Боте)

Исходя из закона взаимосвязи массы и энергии, можно опре­делить массу фотона

Фотон — частица, движущаяся со скоростью света и имеющая массу покоя, равную нулю. Импульс фотона

Выражения (5) и (6; связывают корпускулярные характеристики фотона — массу, импульс и энергию с волновой характеристи­кой света — его частотой v. Масса фотона очень мала, но для жесткого рентгеновского излучения она уже сравнима с массой электрона, а для τ-излучения даже превышает массу электрона.

Рассчитаем световое давление, которое оказывает монохро­матический пучок света частотой v при нормальном падении на поверхность, имеющую коэффициент отражения ρ. Если за 1 с на 1 м² поверхности падает N фотонов, то от поверхности отразит­ся N фотонов, а (1 - ρ)N — поглотится. Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс hv/c, а каждый отражен­ный — 2hv/c. Давление ρ света равно импульсу, переданному поверхности за 1 с N фотонами

Учтем, что величина hvN равна интенсивности света:

поэтому световое давление

Отметим, что к таким же результатам приводит электромагнит­ная теория Максвелла.

Экспериментально световое давление было обнаружено в опытах П.Н.Лебедева. Измерения подтвердили правильность со­отношения (8) и, в частности, оказалось, что давление на отра­жающую поверхность (ρ = 1) вдвое больше, чем на зачерненную пластинку (ρ = 0).