Радиационное давление

Сила на отражателе является результатом отражения потока фотонов

Давление радиации (также известное как световое давление ) - это механическое давление, оказываемое на поверхность из -за обмена импульсом между объектом и электромагнитным полем . Это включает в себя импульс света или электромагнитного излучения любой длины волны , которая поглощается , отражается или испускается иным образом (например, излучение черного тела ) в любом масштабе (от макроскопических объектов до частиц пыли до молекул газа). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Связанная сила называется силой радиационного давления , или иногда просто силой света .

Силы, генерируемые радиационным давлением, как правило, слишком малы, чтобы их можно было заметить в повседневных обстоятельствах; Тем не менее, они важны в некоторых физических процессах и технологиях. Это особенно включает в себя объекты в космическом пространстве , где это обычно является основной силой, действующей на объекты, кроме гравитации, и где чистый эффект крошечной силы может оказывать большой кумулятивный эффект в течение длительных периодов времени. Например, если бы было проигнорировано влияние радиационного давления солнца на космический корабль программы , викингов космический корабль пропустил бы орбиту Марса примерно на 15 000 км (9300 миль). ^{[ 4 ]} в ряде астрофизических Радиационное давление от Starlight имеет решающее значение и процессов. Значение радиационного давления быстро увеличивается при чрезвычайно высоких температурах и иногда может затмевать обычное давление газа , например, в звездных интерьерах и термоядерном оружии . Кроме того, крупные лазеры, работающие в космосе, были предложены в качестве средства подъема парусного суда в двигателе с пучком .

Силы радиационного давления являются основой лазерной технологии и ветвей науки, которые в значительной степени зависят от лазеров и других оптических технологий . Это включает, но не ограничивается биомикроскопией (где свет используется для облучения и наблюдения за микробами, клетками и молекулами), квантовой оптики и оптомеханики (где свет используется для зондирования и контрольных объектов, таких как атомы, кубиты и макроскопические квантовые объекты. ) Прямое применение сил радиационного давления в этих областях, например, лазерное охлаждение (субъект Нобелевской премии 1997 года по физике ), ^{[ 5 ]} Квантовой контроль макроскопических объектов и атомов (Нобелевская премия 2012 года в области физики), ^{[ 6 ]} Интерферометрия (Нобелевская премия 2017 года по физике) ^{[ 7 ]} и Optical Pweezers (Нобелевская премия 2018 года по физике). ^{[ 8 ]}

Радиационное давление в равной степени можно учитывать, учитывая импульс классического электромагнитного поля или с точки зрения моментов фотонов , частиц света. Взаимодействие электромагнитных волн или фотонов с веществом может включать обмен импульсом . Из -за закона сохранения импульса любые изменения в общем импульсе волн или фотонов должны включать равные и противоположные изменения в импульсе вопроса, с которым он взаимодействовал ( третий закон Ньютона ), как показано в сопроводительном Рисунок для случая света, идеально отражается на поверхности. Эта передача импульса является общим объяснением того, что мы терпим давлением радиации.

Открытие

Йоханнес Кеплер выдвинул концепцию радиационного давления в 1619 году, чтобы объяснить наблюдение, что хвост кометы всегда указывает на солнце. ^{[ 9 ]}

Утверждение о том, что свет, как электромагнитное излучение , обладает свойством импульса и, таким образом, оказывает давление на любую поверхность, которая воздействует на него, было опубликовано Джеймсом Клерком Максвеллом в 1862 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев в 1900 году в 1900 году в 1900 году в 1900 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев в 1900 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев в 1900 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев в 1900 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев в 1900 году и экспериментально доказано российским физиком Пиотром Лебедев и экспериментально. ^{[ 10 ]} и Эрнест Фокс Николс и Гордон Ферри Халл в 1901 году. ^{[ 11 ]} Давление очень мало, но может быть обнаружено, позволяя излучения падать на деликатно уравновешенный лодок отражающего металла в радиометре Николса (это не следует путать с радиометром Крукса , характерное движение которого не вызвано радиационным давлением, а Поток воздуха, вызванный дифференциалами температуры.)

Теория

Радиационное давление можно рассматривать как следствие сохранения импульса, учитывая импульс, связанный с электромагнитным излучением. Этот импульс может быть одинаково хорошо рассчитан на основе электромагнитной теории или из комбинированного импульса потока фотонов, давая идентичные результаты, как показано ниже.

Радиационное давление от импульса электромагнитной волны

Согласно теории электромагнетизма Максвелла, электромагнитная волна наносит импульс. Импульс будет перенесен на любую поверхность, которую он наносит, которая поглощает или отражает излучение.

Рассмотрим импульс, перенесенный на идеально поглощающую (черную) поверхность. Поток энергии (излучение) плоской волны рассчитывается с использованием вектора Poynting $\mathbf {S} =\mathbf {E} \times \mathbf {H}$ который является продуктом вектора электрического поля E H. и поля вектора вспомогательного магнитного поля поперечным , Величина, обозначаемая S S , деленная на скорость света, представляет собой плотность линейного импульса на единицу площади (давление) электромагнитного поля. Итак, размерно, вектор Poynting S = ⁠ power / area ⁠ = ⁠ Скорость выполнения работы / область ⁠ = ⁠ ⁠ , F / Δ T ⁠ Δ x / область ⁠ , которая представляет собой скорость света, c = Δ x / Δ t время давления времени, Δ f / область . Это давление испытывается как радиационное давление на поверхность: $P_{\text{incident}}={\frac {\langle S\rangle }{c}}={\frac {I_{f}}{c}}$ где $P$ это давление (обычно в паскалах ), $I_{f}$ это инцидент излучение (обычно в W/M ²) и $c$ это скорость света в вакууме. Здесь, ⁠ 1 / C ⁠ ≈ 3,34 Н / ГВ .

Если поверхность плоская под углом α к падающей волне, интенсивность по поверхности будет геометрически снижена косинусом этого угла, а компонент радиационной силы против поверхности также будет снижена косинусом α , в результате в давлении: $P_{\text{incident}}={\frac {I_{f}}{c}}\cos ^{2}\alpha$

Импульс от падающей волны находится в том же направлении этой волны. Но только компонент этого импульса, нормальный на поверхность, способствует давлению на поверхности, как указано выше. Компонент этой силы, касающейся поверхности, не называется давлением. ^{[ 12 ]}

Радиационное давление от отражения

Вышеуказанная обработка падающей волны учитывает радиационное давление, испытываемое черным (полностью поглощающим) телом. Если волна отражена , то отдача из -за отраженной волны будет способствовать давлению радиации. В случае идеального отражателя это давление будет идентично давлению, вызванному падающей волной:

$P_{\text{emitted}}={\frac {I_{f}}{c}}$

Таким образом, удваивая чистое радиационное давление на поверхности:

$P_{\text{net}}=P_{\text{incident}}+P_{\text{emitted}}=2{\frac {I_{f}}{c}}$

Для частично отражающей поверхности второй член должен быть умножен на отражательную способность (также известную как коэффициент отражения интенсивности), так что увеличение меньше, чем вдвое. Для диффузно отражающей поверхности детали отражения и геометрии должны быть приняты во внимание, что снова приводит к увеличению чистого радиационного давления менее чем вдвое.

Радиационное давление путем выброса

Подобно тому, как волна, отражаемая от тела, способствует получению исходного давления излучения, тело, которое излучает собственное излучение (а не отраженное), снова получает давление излучения, данное излучением этого излучения в нормальном направлении на поверхности I _E : $P_{\text{emitted}}={\frac {I_{\text{e}}}{c}}$

Эмиссия может быть из радиации черного тела или любого другого излучательного механизма. Поскольку все материалы излучают излучение черного тела (если они не являются полностью отражающими или в абсолютном нуле), этот источник радиационного давления вездесущ, но обычно крошечный. Однако, поскольку излучение черного тела быстро увеличивается с температурой (как четвертая мощность температуры, заданная законом Стефана-Болтцмана ), давление излучения из-за температуры очень горячего объекта (или из-за входящего излучения черного тела из аналогичного Горячая обстановка) может стать значительным. Это важно в звездных интерьерах.

Радиационное давление с точки зрения фотонов

Электромагнитное излучение можно просматривать в терминах частиц, а не волн; Эти частицы известны как фотоны . Фотоны не имеют массы отдыха; Тем не менее, фотоны никогда не находятся в состоянии покоя (они движутся со скоростью света) и, тем не менее, приобретают импульс, который дается: $p={\dfrac {h}{\lambda }}={\frac {E_{p}}{c}},$ Если $P$ - импульс, $H$ - постоянная Планка , $λ$ - длина волны , а $С$ - скорость света в вакууме. И $e p$ - энергия одного фотона, данного: $E_{p}=h\nu ={\frac {hc}{\lambda }}$

Давление радиации снова можно рассматривать как перенос импульса каждого фотона на непрозрачную поверхность, плюс импульс из -за (возможного) отдача фотона для (частично) отражающей поверхности. Поскольку падающая волна излучения $в области$ A $A$ имеет силу $I F P$ , это подразумевает поток $I F / E фотонов$ в секунду на единицу площади, ударяя по поверхности. Объединяя это с вышеупомянутым выражением для импульса одного фотона, приводит к тем же отношениям между облучением и давлением радиации, описанным выше с использованием классической электромагнетики. И опять же, отраженные или иным образом испускаемые фотоны будут способствовать чистому радиационному давлению идентично.

Сжатие в равномерном поле радиации

В целом, давление электромагнитных волн может быть получено из исчезновения следа тензора электромагнитного напряжения : поскольку этот след равен 3 P - U , мы получаем $P={\frac {u}{3}},$ где $U$ - энергия радиации на единицу объема.

Это также может быть показано в конкретном случае давления, оказываемого на поверхностях тела в тепловом равновесии с окружающей средой, при температуре $t$ : тело будет окружено однородным полем излучения, описанном Планком-законодательством излучения черного тела и будет испытывать давление сжатия из-за того, что это поражающее излучение, его отражение и собственное излучение черного тела. Из этого можно показать, что результирующее давление равно треть от общей сияющей энергии на единицу объема в окружающем пространстве. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Используя закон Стефана -Хальцманн , это может быть выражено как $P_{\text{compress}}={\frac {u}{3}}={\frac {4\sigma }{3c}}T^{4},$ где $\sigma$ это постоянная Стефан -Хальцманн .

Давление солнечного излучения

Давление солнечного излучения связано с излучением солнца на более близких расстояниях, особенно в солнечной системе . (Радиационное давление солнечного света на Земле очень мало: оно эквивалентно тому, что оказывается весом около миллиграмма на площади 1 квадратного метра, или 10 мкн/м ².) ^{[ Цитация необходима ]} Несмотря на то, что он действует на все объекты, его чистый эффект, как правило, больше на более мелких телах, поскольку они имеют более широкое соотношение площади поверхности к массе. Все космические корабля испытывают такое давление, за исключением случаев, когда они находятся за тенью более крупного вращающегося тела .

вблизи Земли может быть рассчитано с солнца 1 а . в объектах на _{Давление} излучения солнечного излучения использованием ² По состоянию на 2011 год. ^{[ 17 ]}

Все звезды имеют спектральное распределение энергии , которое зависит от их температуры поверхности. Распределение приблизительно распределяется радиацией черного тела . Это распределение должно быть принято во внимание при расчете радиационного давления или идентификации материалов отражателя для оптимизации солнечного паруса .

Солнечное давление на мгновенное или часы действительно может обостриться из -за высвобождения солнечных вспышек и экземпляров корональной массы , но эффекты остаются практически неизменными по отношению к орбите Земли. Однако эти давления сохраняются над эонами, так что в совокупности, создавая измеримое движение на орбите системы Земли-Луна.

Давление поглощения и размышления

Давление солнечного излучения на расстоянии Земли от солнца может быть рассчитано путем деления солнечной постоянной G _SC (выше) на скорость света c . Для поглощающего листа, обращенного к солнцу, это просто: ^{[ 18 ]} $P={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}\approx 4.5\cdot 10^{-6}~{\text{Pa}}=4.5~\mu {\text{Pa}}.$

Этот результат в паскалах , эквивалентный N/M ² ( Ньютоны за квадратный метр). Для листа под углом α до солнца эффективная область А листа снижается геометрическим фактором, приводящим к силе в направлении солнечного света : $F={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}(A\cos \alpha ).$

Чтобы найти компонент этой силы нормальной к поверхности, должен применяться другой косинусный фактор, что приведет к давлению P на поверхности: $P={\frac {F\cos \alpha }{A}}={\frac {G_{\text{SC}}}{c}}\cos ^{2}\alpha .$

Обратите внимание, однако, что для того, чтобы учесть чистое влияние солнечного излучения на космический корабль, например, необходимо рассмотреть общую силу (в направлении от солнца), заданного предыдущим уравнением, а не просто компонентом Нормально на поверхность, которую мы идентифицируем как «давление».

Солнечная постоянная определяется для излучения солнца на расстоянии до Земли, также известной как одна астрономическая единица (AU). Следовательно, на расстоянии астрономических подразделений R ( R, таким образом, безразмерные), применяя закон о обратном квадрате , мы бы обнаружили: $P={\frac {G_{\text{SC}}}{cR^{2}}}\cos ^{2}\alpha .$

Наконец, учитывая не поглощающую, а идеально отражающуюся поверхность, давление удваивается из -за отраженной волны, что приводит к: $P=2{\frac {G_{\text{SC}}}{cR^{2}}}\cos ^{2}\alpha .$

Обратите внимание, что в отличие от случая поглощающего материала, результирующая сила на отражающем теле дается именно этим давлением, действующим нормальным на поверхность, при этом тангенциальные силы от падающих и отражающие волны отменяют друг друга. На практике материалы не полностью отражаются и не полностью поглощают, поэтому полученная сила будет средневзвешенной из сил, рассчитанных с использованием этих формул.

Расчетное давление солнечного излучения на идеальное отражатель при нормальной частоте ( α = 0)
Расстояние от солнца	Радиационное давление в μPA (мкн/м ²)
0,20 в	227
0,39 AU ( ртуть )	59.7
0,72 в ( Венера )	17.5
1,00 AU (Земля)	9.08
1,52 до ( март )	3.93
3.00 AU (типичный астероид )	1.01
5.20 AU ( Юпитер )	0.34

Возмущения радиационного давления

Давление солнечного излучения является источником орбитальных возмущений . Это значительно влияет на орбиты и траектории мелких тел, включая все космические корабли.

Давление солнечного излучения влияет на тела на большей части солнечной системы. Небольшие тела больше поражаются, чем крупные из -за их более низкой массы относительно их площади поверхности. Космические космические корабли поражаются наряду с природными телами (кометы, астероиды, зерна пыли, молекулы газа).

Радиационное давление приводит к силам и крутям на телах, которые могут изменить их трансляционные и вращательные движения. Трансляционные изменения влияют на орбиты тел. Скорость вращения может увеличиваться или уменьшаться. Свободно агрегированные тела могут разорваться при высоких скоростях вращения. Пылевые зерна могут либо оставить солнечную систему, либо спираль в солнце. ^{[ 19 ]}

Целое тело обычно состоит из многочисленных поверхностей, которые имеют разные ориентации на тело. Гранцы могут быть плоскими или изогнутыми. У них будут разные области. У них могут быть оптические свойства, отличающиеся от других аспектов.

В любое конкретное время некоторые аспекты подвергаются воздействию солнца, а некоторые находятся в тени. Каждая поверхность, подвергающаяся воздействию солнца, отражает, поглощает и испускает излучение. Аспекты в тени испускают радиацию. Суммирование давления на всех аспектах определяет чистую силу и крутящий момент на теле. Они могут быть рассчитаны с использованием уравнений в предыдущих разделах. ^{[ 12 ]}^{[ 18 ]}

Эффект Ярковского влияет на перевод небольшого тела. Это происходит из -за того, что лицо, оставляя солнечную экспозицию, на более высокой температуре, чем лицо, приближающееся к солнечному воздействию. Излучение, излучаемое с более теплой лица, является более интенсивным, чем у противоположного лица, что приводит к чистой силе на теле, которая влияет на его движение. ^{[ 20 ]}

Эффект YORP - это набор эффектов, расширяющихся на более раннюю концепцию эффекта Ярковского, но сходной природы. Это влияет на спиновые свойства тел. ^{[ Цитация необходима ]}

Эффект Poynting-Robertson относится к частицам размера зерна. С точки зрения зерна пыли, кружащего по солнцу, излучение Солнца, по -видимому, исходит от слегка вперед направления ( аберрация света ). Следовательно, поглощение этого излучения приводит к силе с компонентом против направления движения. (Угол аберрации крошечный, так как излучение движется со скоростью света, в то время как зерно пылевой зерно перемещается на много порядков медленнее, чем это.) Результатом является постепенная спираль зерна пыли в солнце. В течение длительных периодов времени этот эффект очищает большую часть пыли в солнечной системе.

Хотя силу радиационного давления в то же время довольно мало по сравнению с другими силами, пута радиационного давления неумолима. В течение длительных периодов времени чистый эффект силы является существенным. Такое слабые давления могут оказывать заметное влияние на мельчайшие частицы, такие как газовые ионы и электроны , и имеют важное значение в теории выбросов электронов от солнца, кометрального материала и так далее.

Поскольку отношение площади поверхности к объему (и, следовательно, массе) увеличивается с уменьшением размера частиц, пыльные ( микрометровые ) частицы подвержены давлению излучения даже во внешней солнечной системе. Например, на эволюцию внешних колец Сатурна значительно влияет радиационное давление.

Как следствие легкого давления, Эйнштейн ^{[ 21 ]} В 1909 году предсказал существование «радиационного трения», которое будет противостоять движению материи. Он писал: «Излучение окажет давление на обеих сторонах пластины. Силы давления, оказываемые на двух сторонах, равны, если на поверхности будет отражена пластина. Однако, если оно находится в движении, больше излучения будет отражено на поверхности впереди во время движения (передняя поверхность), чем на задней поверхности. остается силой, которая противодействует движению пластины, и которая увеличивается со скоростью пластины.

Солнечные паруса

Солнечный парусный спорт, экспериментальный метод движения космического корабля , использует радиационное давление от солнца в качестве мотивной силы. Идея межпланетного путешествия по свету была упомянута Жюлем Верном в его романе 1865 года от Земли до Луны .

Парус отражает около 90% обхождения падающего излучения. 10%, которые поглощены, излучаются вдали от обеих поверхностей, при этом доля, испускающая от неопределенной поверхности в зависимости от теплопроводности паруса. Парус имеет кривизну, неровности поверхности и другие незначительные факторы, которые влияют на его производительность.

Японское агентство по разведке аэрокосмической промышленности ( JAXA ) успешно развернуло солнечный парус в космосе, который уже преуспел в продвижении своей полезной нагрузки с помощью проекта Ikaros .

Космические эффекты радиационного давления

Радиационное давление оказало серьезное влияние на развитие космоса, от рождения вселенной до продолжающегося образования звезд и формирования облаков пыли и газов в широком диапазоне масштабов. ^{[ 22 ]}

Ранняя вселенная

В фотонной эпохе является фаза, когда в энергии вселенной доминировали фотоны, через 10 секунд до 380 000 лет после большого взрыва . ^{[ 23 ]}

Формирование и эволюция галактики

Процесс формирования и эволюции галактики начался в начале истории космоса. Наблюдения за ранней вселенной убедительно предполагают, что объекты выросли от снизу вверх (то есть, меньшие объекты, объединяющиеся, образуя более крупные). Таким образом, когда звезды образуются и становятся источниками электромагнитного излучения, радиационное давление со стороны звезд становится фактором в динамике оставшегося термозветинного материала. ^{[ 24 ]}

Облака пыли и газов

Гравитационное сжатие облаков пыли и газов сильно влияет на радиационное давление, особенно когда конденсации приводят к звездным родам. Более крупные молодые звезды, образующиеся в сжатых облаках, выделяют интенсивные уровни излучения, которые сдвигают облака, вызывая либо дисперсию, либо конденсации в близлежащих регионах, что влияет на рождаемость в близлежащих регионах.

Кластеры звезд

Звезды преимущественно образуются в областях больших облаков пыли и газов, что приводит к воспитанию звездных кластеров . Радиационное давление со стороны звезд членов в конечном итоге рассеивает облака, что может оказать глубокое влияние на эволюцию кластера.

Многие открытые кластеры по своей природе нестабильны, с достаточно маленькой массой, что скорость побега системы ниже средней скорости составляющих звезд. Эти кластеры быстро рассеятся в течение нескольких миллионов лет. Во многих случаях увольнение газа, из которого кластер, образованный радиационным давлением горячих молодых звезд, уменьшает массу кластера достаточной для быстрого рассеивания.

Звездообразование

Звездное образование - это процесс, с помощью которого плотные области в молекулярных облаках в межзвездном пространстве коллапс с образованием звезд . Как ветвь астрономии , звездообразование включает в себя изучение межзвездной среды и гигантских молекулярных облаков (GMC) в качестве предшественников процесса звездного образования, а также изучение протостаров и молодых звездных объектов в качестве его непосредственных продуктов. Теория звездного образования, а также учета образования одной звезды также должна учитывать статистику бинарных звезд и начальную массовую функцию .

Звездные планетарные системы

планетарные системы Считается, что формируются как часть того же процесса, который приводит к формированию звезд . Протопланетический диск образуется путем гравитационного коллапса молекулярного облака , называемого солнечной туманностью , а затем превращается в планетарную систему путем столкновений и гравитационного захвата. Радиационное давление может очистить область в непосредственной близости от звезды. Поскольку процесс формирования продолжается, радиационное давление продолжает играть роль в влиянии на распределение материи. В частности, пыль и зерна могут спирально в звезду или избежать звездной системы под действием радиационного давления.

Звездные интерьеры

В звездных интерьерах температура очень высока. Звездные модели предсказывают температуру 15 мк в центре солнца , а в ядрах сверхгентных звезд температура может превышать 1 Гк. Поскольку давление радиации масштабируется как четвертая мощность температуры, оно становится важным при этих высоких температурах. У солнца радиационное давление все еще довольно мало по сравнению с давлением газа. В самых тяжелых звездах, не являющихся дегенерациями, радиационное давление является доминирующим компонентом давления. ^{[ 25 ]}

Кометы

Давление солнечного излучения сильно влияет на хвосты кометы . Солнечное нагревание заставляет газы высвобождаться из ядра кометы , которые также уносят пылевые зерна. Радиационное давление и солнечный ветер затем проводят пыль и газы вдали от солнечного направления. Газы образуют в целом прямой хвост, в то время как более медленные движущиеся частицы пыли создают более широкий, изогнутый хвост.

Лазерное применение радиационного давления

Оптические пинцеты

Лазеры можно использовать в качестве источника монохроматического света с длиной волны $\lambda$ Полем С набором линз можно сосредоточить лазерный луч до такой степени, что $\lambda$ в диаметре (или $r=\lambda /2$ ).

давление радиации P = 30 МВт с λ Поэтому может быть рассчитано = 1064 нм.

Область: $A=\pi \left({\frac {\lambda }{2}}\right)^{2}\approx 10^{-12}{\text{ m}}^{2},$

сила: $F={\frac {P}{c}}={\frac {30{\text{ mW}}}{299792458{\text{ m/s}}}}\approx 10^{-10}{\text{ N}},$

давление: $p={\frac {F}{A}}\approx {\frac {10^{-10}{\text{ N}}}{10^{-12}{\text{ m}}^{2}}}=100{\text{ Pa}}.$

Это используется для ловушки или левитации частиц в оптических пинцетировании .

Светло -вещество взаимодействия

Отражение лазерного импульса с поверхности упругого твердого вещества может привести к различным типам упругих волн, которые распространяются внутри твердого вещества или жидкости. Другими словами, свет может возбуждать и/или усилить движение и в материалах. Это предмет исследования в области оптомеханики. Самые слабые волны, как правило, являются теми, которые генерируются радиационным давлением, действующим во время отражения света. Такие эластичные волны, вызванные светом, например, наблюдались в диэлектрическом зеркале с ультрагистральной рефлексивностью . ^{[ 26 ]} Эти волны являются самым основным отпечатками пальца в взаимодействии с легким веществом в макроскопическом масштабе. ^{[ 27 ]} В области оптомеханики полости свет ловит и резонансно усиливается в оптических полостях , например, между зеркалами. Это служит целью серьезного усиления мощности света и радиационного давления, которое он может оказывать на объекты и материалы. Оптическое управление (то есть манипулирование движением) множества объектов было реализовано: из километров длиной балки (например, в интерферометре лиго ) ^{[ 28 ]} к облакам атомов, ^{[ 29 ]} и из микроам- батутов с микроотрезой ^{[ 30 ]} к сверхфлюдиидам . ^{[ 31 ]}^{[ 32 ]}

В этой оптомеханической системе сила радиационного давления используется для обнаружения одной молекулы белка . Лазерный свет взаимодействует со стеклянной сферой : сила давления излучения заставляет его вибрировать. Присутствие одной молекулы на сфере нарушает, что (термическая) вибрация, и нарушение движения сферы может быть обнаружено в спектре осциллятора слева. ^{[ 33 ]}

В противоположность захватывающему или усиливающему движению свет также может укрепить движение объектов. Лазерное охлаждение - это метод охлаждающих материалов, очень близкий к абсолютному нулю , путем преобразования некоторой энергии движения материала в свет. Кинетическая энергия и тепловая энергия материала здесь являются синонимами, потому что они представляют энергию, связанную с коричневым движением материала. Атомы, движущиеся к источнику лазерного света, воспринимают эффект допплера , настроенный на частоту поглощения целевого элемента. Давление радиации на атом замедляет движение в определенном направлении, пока эффект доплеров не выходит из частотного диапазона элемента, вызывая общий эффект охлаждения. ^{[ 34 ]}

Другой активной областью исследования лазерного взаимодействия является ускорение ионов или протонов радиационного давления из тонких целей. ^{[ 35 ]} Высокие ионные энергетические лучи могут быть получены для медицинского применения (например, в терапии ионной луча ^{[ 36 ]}) путем радиационного давления коротких лазерных импульсов на ультратонких фольгах.

Смотрите также

Ссылки

Stellar Atmosperes , D. Village (1978), Second Edition, WH Freeman & Co.
^ Eddington, AS, & Eddington, As (1988). Внутренняя конституция звезд . Издательство Кембриджского университета.
^ Chandrasekhar, S. (2013). Радиационная передача . Курьерская корпорация.
^ Юджин Хехт, «Оптика», 4 -е издание, с. 57
^ Cohen-Tannoudji, Claude N. (1998-07-01). «Нобелевская лекция: манипулирование атомами фотонами» . Обзоры современной физики . 70 (3): 707–719. Bibcode : 1998rvmp ... 70..707c . doi : 10.1103/revmodphys.70.707 . ISSN 0034-6861 .
^ Wineland, David J. (2013-07-12). «Нобелевская лекция: суперпозиция, запутанность и поднятие кошки Шредингера» . Обзоры современной физики . 85 (3): 1103–1114. BIBCODE : 2013RVMP ... 85.1103W . doi : 10.1103/revmodphys.85.1103 . ISSN 0034-6861 .
^ Вайс, Райнер (2018-12-18). «Нобелевская лекция: Лиго и открытие гравитационных волн я» . Обзоры современной физики . 90 (4): 040501. BIBCODE : 2018RVMP ... 90D0501W . doi : 10.1103/revmodphys.90.040501 .
^ Ширбер, Майкл (2018-10-04). «Нобелевская премия - складывание как инструменты» . Физика . 11 : 100. Bibcode : 2018phyoj..11..100s . doi : 10.1103/physics.11.100 . S2CID 125788399 .
^ Йоханнес Кеплер (1619). Комета книги три .
^ P. Lebedew, 1901, «Исследования о силах давления света», Annals of Physics , 1901 Series 4 6, 433-458.
^ Nichols, E. F & Hull, GF (1903) Давление из-за излучения , Astrophysical Journal , Vol.17 № 5, с.315-351
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Райт, Джером Л. (1992), Space Pailing , Gordon and Breach Science Publishers
^ Шанкар Р. Принципы квантовой механики (PDF) (2 -е изд.).
^ Кэрролл, Брэдли В; Дейл А. Остли. Введение в современную астрофизику (2 -е изд.).
^ Джексон, Джон Дэвид (1999). Классическая электродинамика .
^ Кардар, Мехран. «Статистическая физика частиц».
^ Kopp, G.; Lean, JL (2011). «Новая, более низкая стоимость общей солнечной излучения: доказательства и значимость климата» . Геофизические исследования . 38 (1): n/a. Bibcode : 2011georl..38.1706k . doi : 10.1029/2010gl045777 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Джорджвич, Р.М. (1973) «Модель сил давления солнечного излучения и модель Torbos», Журнал астронавтических наук , Vol. 27, № 1, январь - февраль. Первая известная публикация, описывающая, как давление солнечного радиации создает силы и крутящие моменты, которые влияют на космический корабль.
^ Центр, космический полет Годдарда НАСА. «Модели пыли рисуют вид инопланетянина на солнечную систему (с видео)» . Phys.org . Получено 2022-03-01 .
^ Вокрауликли, Дэвид; Баттке, Уильям Ф. (2012-05-02). «Эффекты Ярковского и Йорпа» . Scholaredia . 7 (5): 10599. Arxiv : 1502.01249 . Bibcode : 2012schpj ... 710599b . doi : 10.4249/scholaredia.10599 . ISSN 1941-6016 .
^ Эйнштейн А. (1989). О развитии наших взглядов относительно природы и конституции радиации. Переведено в: Собранные документы Альберта Эйнштейна . Тол. 2. Принстон, Нью -Джерси: издательство Принстонского университета. п. 391.
^ Карел Велан, А. (1992), «Рождение звезд первого поколения», Multiverse Cosmos , Springer US, с. 267–278, doi : 10.1007/978-1-4684-6030-8_22 , ISBN 9781468460322
^ Ранняя вселенная . Unruh, WG, Semenoff, GW, Организация Северной Атлантического договора. Отдел научных дел. Дордрехт: Д. Рейдель. 1988. ISBN 9027726191 Полем OCLC 16684785 . {{cite book}}: Cs1 maint: другие ( ссылка )
^ Longair, Malcolm S., 1941– (2008). Формирование галактики . Спрингер. ISBN 9783540734772 Полем OCLC 212409895 . {{cite book}}: CS1 Maint: несколько имен: списки авторов ( ссылка ) CS1 Maint: NUREGIC Имена: Список авторов ( ссылка )
^ Дейл А. Остли и Брэдли В. Кэрролл, Введение в современную астрофизику (2 -е издание), стр. 341, Пирсон, Сан -Франциско, 2007
^ Požar, T.; Možina, J. (2013). «Измерение упругих волн, вызванных отражением света». Письма о физическом обзоре . 111 (18): 185501. Bibcode : 2013 Phrvl.111r5501p . doi : 10.1103/physrevlett.111.185501 . PMID 24237537 .
^ Požar, T.; Лалош, Дж.; Бабник, А.; Petkovще, R.; Bethune-Waddell, M.; Чау, KJ; Lukasevicz, GVB; Astrath, NGC (2018). «Изолированное обнаружение упругих волн, вызванных импульсом света» . Природная связь . 9 (1): 3340. Bibcode : 2018natco ... 9.3340p . doi : 10.1038/s41467-018-05706-3 . PMC 6105914 . PMID 30131489 .
^ Джонстон, Хэмиш (10 декабря 2019 г.). «Квантовые сжатия повышают производительность детекторов гравитационных волн лиго и Девы» . PhysicsWorld .
^ Шреплер, Сидней; Спетманн, Николас; Брамс, Натан; Боттер, Тьерри; Барриос, Мэрироуз; Stamper-Kurn, Dan M. (2014-06-27). «Оптически измерение силы вблизи стандартного квантового предела» . Наука . 344 (6191): 1486–1489. Arxiv : 1312.4896 . Bibcode : 2014sci ... 344.1486S . doi : 10.1126/science.1249850 . ISSN 0036-8075 . PMID 24970079 . S2CID 206554506 .
^ Клекер, Дастин; Маршалл, Уильям; де Дуд, Михиэль Дж. Dinyari, Ходадад Нима; Порс, Барт-Ян; Ирвин, Уильям Т.М.; Bouwmeester, Dirk (2006-05-02). «Высокая изящная опто-механическая полость с подвижным зеркалом тридцатиметрового размера». Письма о физическом обзоре . 96 (17): 173901. Bibcode : 2006 phrvl..96q3901k . doi : 10.1103/physrevlett.96.173901 . HDL : 1887/65506 . PMID 16712296 . S2CID 1801710 .
^ Харрис, Ги; McAuslan, DL; Шеридан, Е.; Sachkou, Y.; Бейкер, C.; Боуэн, WP (2016). «Лазерное охлаждение и контроль возбуждений в суперфлюдном гелия» . Природа Физика . 12 (8): 788–793. Arxiv : 1506.04542 . Bibcode : 2016natph..12..788h . doi : 10.1038/nphys3714 . ISSN 1745-2481 . S2CID 118135792 .
^ Кашканова, AD; ШКАРИН, АБ; Браун, CD; Цветы-якобс, ne; Childress, L.; Хох, SW; Hohmann, L.; Отт, К.; Рейхель, Дж.; Харрис, JGE (2017). "Superfluid Brillouin Optomechanics" . Природа Физика . 13 (1): 74–79. Arxiv : 1602.05640 . Bibcode : 2017natph..13 ... 74K . doi : 10.1038/nphys3900 . ISSN 1745-2481 . S2CID 10880961 .
^ Ю, Веньян; Цзян, Вэй С.; Лин, Цян; Лу, Тао (2016-07-27). «Оптомеханическое пружинное восприятие полости в категории» . Природная связь . 7 (1): 12311. Arxiv : 1504.03727 . Bibcode : 2016natco ... 712311y . doi : 10.1038/ncomms12311 . ISSN 2041-1723 . PMC 4974467 . PMID 27460277 .
^ Aspelmeyer, Markus; Киппенберг, Тобиас Дж.; Марквардт, Флориан (2014-12-30). «Оптомеханика полости». Обзоры современной физики . 86 (4): 1391–1452. Arxiv : 1303.0733 . Bibcode : 2014rvmp ... 86.1391a . doi : 10.1103/revmodphys.86.1391 . S2CID 119252645 .
^ Мейнхольд, Тим Арнико; Кумар, Навин (декабрь 2021 г.). «Ускорение радиационного давления протонов из структурированных целей с тонкой обработкой» . Журнал Plasma Physics . 87 (6): 905870607. Arxiv : 2111.14087 . Bibcode : 2021jplph..87f9007m . doi : 10.1017/s0022377821001070 . ISSN 0022-3778 . S2CID 244636880 .
^ Малка, Виктор; Фрицлер, Свен; Эрик; Иммуса, Эммануэль; Ферран, Регис; Гриллон, Жорж; Знание, Клод; Meyroneinc, Самуил; Чамбарет, Жан-Поль; Антонетти, Андре; Хулин, Даниэль (2004-05-27). Система медицинский Физический 31 (6): 1587–1592. Bibcode 2004MedPh..31.1587M: два 10.1118/1.1747751: 15259663PMID

Дальнейшее чтение

Демир, Дилек, «Демонстрация настольного настольного давления», 2011, Дипломатез, E-Theses Univie

[1] Stellar Atmosperes , D. Village (1978), Second Edition, WH Freeman & Co.

[2] Eddington, AS, & Eddington, As (1988). Внутренняя конституция звезд . Издательство Кембриджского университета.

[3] Chandrasekhar, S. (2013). Радиационная передача . Курьерская корпорация.

[4] Юджин Хехт, «Оптика», 4 -е издание, с. 57

[5] Cohen-Tannoudji, Claude N. (1998-07-01). «Нобелевская лекция: манипулирование атомами фотонами» . Обзоры современной физики . 70 (3): 707–719. Bibcode : 1998rvmp ... 70..707c . doi : 10.1103/revmodphys.70.707 . ISSN 0034-6861 .

[6] Wineland, David J. (2013-07-12). «Нобелевская лекция: суперпозиция, запутанность и поднятие кошки Шредингера» . Обзоры современной физики . 85 (3): 1103–1114. BIBCODE : 2013RVMP ... 85.1103W . doi : 10.1103/revmodphys.85.1103 . ISSN 0034-6861 .

[7] Вайс, Райнер (2018-12-18). «Нобелевская лекция: Лиго и открытие гравитационных волн я» . Обзоры современной физики . 90 (4): 040501. BIBCODE : 2018RVMP ... 90D0501W . doi : 10.1103/revmodphys.90.040501 .

[8] Ширбер, Майкл (2018-10-04). «Нобелевская премия - складывание как инструменты» . Физика . 11 : 100. Bibcode : 2018phyoj..11..100s . doi : 10.1103/physics.11.100 . S2CID 125788399 .

[9] Йоханнес Кеплер (1619). Комета книги три .

[10] P. Lebedew, 1901, «Исследования о силах давления света», Annals of Physics , 1901 Series 4 6, 433-458.

[11] Nichols, E. F & Hull, GF (1903) Давление из-за излучения , Astrophysical Journal , Vol.17 № 5, с.315-351

[Wright-12] Jump up to: ^а ^{беременный} Райт, Джером Л. (1992), Space Pailing , Gordon and Breach Science Publishers

[13] Шанкар Р. Принципы квантовой механики (PDF) (2 -е изд.).

[14] Кэрролл, Брэдли В; Дейл А. Остли. Введение в современную астрофизику (2 -е изд.).

[15] Джексон, Джон Дэвид (1999). Классическая электродинамика .

[16] Кардар, Мехран. «Статистическая физика частиц».

[17] Kopp, G.; Lean, JL (2011). «Новая, более низкая стоимость общей солнечной излучения: доказательства и значимость климата» . Геофизические исследования . 38 (1): n/a. Bibcode : 2011georl..38.1706k . doi : 10.1029/2010gl045777 .

[RMG-18] Jump up to: ^а ^{беременный} Джорджвич, Р.М. (1973) «Модель сил давления солнечного излучения и модель Torbos», Журнал астронавтических наук , Vol. 27, № 1, январь - февраль. Первая известная публикация, описывающая, как давление солнечного радиации создает силы и крутящие моменты, которые влияют на космический корабль.

[19] Центр, космический полет Годдарда НАСА. «Модели пыли рисуют вид инопланетянина на солнечную систему (с видео)» . Phys.org . Получено 2022-03-01 .

[20] Вокрауликли, Дэвид; Баттке, Уильям Ф. (2012-05-02). «Эффекты Ярковского и Йорпа» . Scholaredia . 7 (5): 10599. Arxiv : 1502.01249 . Bibcode : 2012schpj ... 710599b . doi : 10.4249/scholaredia.10599 . ISSN 1941-6016 .

[21] Эйнштейн А. (1989). О развитии наших взглядов относительно природы и конституции радиации. Переведено в: Собранные документы Альберта Эйнштейна . Тол. 2. Принстон, Нью -Джерси: издательство Принстонского университета. п. 391.

[22] Карел Велан, А. (1992), «Рождение звезд первого поколения», Multiverse Cosmos , Springer US, с. 267–278, doi : 10.1007/978-1-4684-6030-8_22 , ISBN 9781468460322

[23] Ранняя вселенная . Unruh, WG, Semenoff, GW, Организация Северной Атлантического договора. Отдел научных дел. Дордрехт: Д. Рейдель. 1988. ISBN 9027726191 Полем OCLC 16684785 . {{cite book}}: Cs1 maint: другие ( ссылка )

[24] Longair, Malcolm S., 1941– (2008). Формирование галактики . Спрингер. ISBN 9783540734772 Полем OCLC 212409895 . {{cite book}}: CS1 Maint: несколько имен: списки авторов ( ссылка ) CS1 Maint: NUREGIC Имена: Список авторов ( ссылка )

[25] Дейл А. Остли и Брэдли В. Кэрролл, Введение в современную астрофизику (2 -е издание), стр. 341, Пирсон, Сан -Франциско, 2007

[26] Požar, T.; Možina, J. (2013). «Измерение упругих волн, вызванных отражением света». Письма о физическом обзоре . 111 (18): 185501. Bibcode : 2013 Phrvl.111r5501p . doi : 10.1103/physrevlett.111.185501 . PMID 24237537 .

[27] Požar, T.; Лалош, Дж.; Бабник, А.; Petkovще, R.; Bethune-Waddell, M.; Чау, KJ; Lukasevicz, GVB; Astrath, NGC (2018). «Изолированное обнаружение упругих волн, вызванных импульсом света» . Природная связь . 9 (1): 3340. Bibcode : 2018natco ... 9.3340p . doi : 10.1038/s41467-018-05706-3 . PMC 6105914 . PMID 30131489 .

[28] Джонстон, Хэмиш (10 декабря 2019 г.). «Квантовые сжатия повышают производительность детекторов гравитационных волн лиго и Девы» . PhysicsWorld .

[29] Шреплер, Сидней; Спетманн, Николас; Брамс, Натан; Боттер, Тьерри; Барриос, Мэрироуз; Stamper-Kurn, Dan M. (2014-06-27). «Оптически измерение силы вблизи стандартного квантового предела» . Наука . 344 (6191): 1486–1489. Arxiv : 1312.4896 . Bibcode : 2014sci ... 344.1486S . doi : 10.1126/science.1249850 . ISSN 0036-8075 . PMID 24970079 . S2CID 206554506 .

[30] Клекер, Дастин; Маршалл, Уильям; де Дуд, Михиэль Дж. Dinyari, Ходадад Нима; Порс, Барт-Ян; Ирвин, Уильям Т.М.; Bouwmeester, Dirk (2006-05-02). «Высокая изящная опто-механическая полость с подвижным зеркалом тридцатиметрового размера». Письма о физическом обзоре . 96 (17): 173901. Bibcode : 2006 phrvl..96q3901k . doi : 10.1103/physrevlett.96.173901 . HDL : 1887/65506 . PMID 16712296 . S2CID 1801710 .

[31] Харрис, Ги; McAuslan, DL; Шеридан, Е.; Sachkou, Y.; Бейкер, C.; Боуэн, WP (2016). «Лазерное охлаждение и контроль возбуждений в суперфлюдном гелия» . Природа Физика . 12 (8): 788–793. Arxiv : 1506.04542 . Bibcode : 2016natph..12..788h . doi : 10.1038/nphys3714 . ISSN 1745-2481 . S2CID 118135792 .

[32] Кашканова, AD; ШКАРИН, АБ; Браун, CD; Цветы-якобс, ne; Childress, L.; Хох, SW; Hohmann, L.; Отт, К.; Рейхель, Дж.; Харрис, JGE (2017). "Superfluid Brillouin Optomechanics" . Природа Физика . 13 (1): 74–79. Arxiv : 1602.05640 . Bibcode : 2017natph..13 ... 74K . doi : 10.1038/nphys3900 . ISSN 1745-2481 . S2CID 10880961 .

[33] Ю, Веньян; Цзян, Вэй С.; Лин, Цян; Лу, Тао (2016-07-27). «Оптомеханическое пружинное восприятие полости в категории» . Природная связь . 7 (1): 12311. Arxiv : 1504.03727 . Bibcode : 2016natco ... 712311y . doi : 10.1038/ncomms12311 . ISSN 2041-1723 . PMC 4974467 . PMID 27460277 .

[:0-34] Aspelmeyer, Markus; Киппенберг, Тобиас Дж.; Марквардт, Флориан (2014-12-30). «Оптомеханика полости». Обзоры современной физики . 86 (4): 1391–1452. Arxiv : 1303.0733 . Bibcode : 2014rvmp ... 86.1391a . doi : 10.1103/revmodphys.86.1391 . S2CID 119252645 .

[35] Мейнхольд, Тим Арнико; Кумар, Навин (декабрь 2021 г.). «Ускорение радиационного давления протонов из структурированных целей с тонкой обработкой» . Журнал Plasma Physics . 87 (6): 905870607. Arxiv : 2111.14087 . Bibcode : 2021jplph..87f9007m . doi : 10.1017/s0022377821001070 . ISSN 0022-3778 . S2CID 244636880 .

[36] Малка, Виктор; Фрицлер, Свен; Эрик; Иммуса, Эммануэль; Ферран, Регис; Гриллон, Жорж; Знание, Клод; Meyroneinc, Самуил; Чамбарет, Жан-Поль; Антонетти, Андре; Хулин, Даниэль (2004-05-27). Система медицинский Физический 31 (6): 1587–1592. Bibcode 2004MedPh..31.1587M: два 10.1118/1.1747751: 15259663PMID

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]