Давление света. 
Океанология. 
Оптика океана

Давление света — давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы; одно из пондеромоторных действий света, связанное с передачей импульса электромагнитного поля веществу. Гипотеза о существовании давления света была впервые высказана И. Кеплером в XVII в. для объяснения отклонения хвостов комет от Солнца. Теория давление света в рамках классической электродинамики дана Дж. Максвеллом в 1873 г. В ней давление света тесно связано с рассеянием и поглощением электромагнитной волны частицами вещества. В рамках квантовой теории давление света — результат передачи импульса фотонами телу.

При нормальном падении света на поверхность твердого тела дав;

«_D sa-ю

ление света определяется формулой Р =-, где S — плотность с.

потока энергии (интенсивность света), R — коэффициент отражения света от поверхности.

Экспериментальное исследование давления света на различные тела — не такая простая задача, так как его сложно выделить его на фоне как конвективных, так и радиометрических сил, значения которых может превышать давление света на несколько порядков. Это явление русский физик П. Н. Лебедев впервые экспериментально исследовал в начале XIX в. В его опытах коромысла крутильных весов с закрепленными на них тонкими дисками-крылышками подвешивалась на тонкой серебряной нити в стеклянном сосуде в вакууме, а затем облучались. Последовательно облучая переднюю и заднюю поверхности крылышек различной толщины, ученый смог нейтрализовать остаточное действие радиометрических сил и получить хорошее согласие с теорией Максвелла.

Давление света играет большую роль не только в атомных, но также и в астрономических процессах. В астрофизике давление света наряду с давлением газа обеспечивает стабильность звезд, противодействуя силам гравитации. Действием давления света объясняются некоторые формы кометных хвостов.

При резонансном рассеянии интенсивного света (частота атомного перехода равна частоте лазерного излучения) в разреженных атомных системах можно обнаружить некоторые специфические особенности давления света: при поглощении фотона атом переходит в возбужденное состояние, получая импульс в направлении лазерного пучка, а впоследствии — спонтанно испуская фотон, атом приобретает импульс в произвольном направлении. При последующих поглощениях и спонтанных испусканиях фотонов произвольно направленные импульсы световой отдачи взаимно гасятся, и в конечном счете резонансный атом получает импульс, направленный вдоль светового луча, — резонансное давление света. Сила F резонансного давления света на атом определяется как импульс, переданный потоком фотонов с плотностью N в единицу времени:

где tik = 2nti/X — импульс одного фотона, а~Х² — сечение поглощения резонансного фотона, X — длина волны света.

При относительно малых плотностях излучения резонансное давление света прямо пропорционально интенсивности света. При больших плотностях N в связи с конечным временем жизни возбужденного уровня происходит насыщение поглощения и насыщение резонансного давления света (эффект насыщения). В этом случае давление света создают фотоны, спонтанно испускаемые атомами со средней частотой у (обратной времени жизни возбужденного атома) в случайном направлении, определяемом диаграммой испускания атома. Сила светового давления перестает зависеть от интенсивности, а определяется скоростью спонтанных актов испускания: F = Jiky. Для типичных значений у «10⁸ сг¹ и X ~ 0,6 мкм сила давления света F ~ 5−10»⁴ эВ/см.

Своеобразные черты имеет резонансное давление света на атомы, помещенные в поле интенсивной стоячей волны. С квантовой точки зрения стоячая волна, образованная встречными потоками фотонов, вызывает толчки атома, обусловленные поглощением фотонов и их стимулированным испусканием. Средняя сила, действующая на атом, при этом не равна нулю вследствие неоднородности поля на длине волны. С классической точки зрения сила давления света обусловлена действием пространственно неоднородного поля на наведенный им атомный диполь. Эта сила минимальна в узлах, где дипольный момент не наводится, и в пучностях, где градиент поля обращается в нуль. Максимальная сила давления света по порядку величины равна F ~± Ekd (знаки относятся к синфазному и противофазному движению диполей с моментом d по отношению к полю с напряжённостью Е).