Давление света: подтверждение 90-летней теории об импульсах фотонов



    На протяжении столетий ученые из разных уголков мира создавали самые разные теории, объясняющие те или иные процессы, явления и феномены. Некоторые из этих теорий были подтверждены или опровергнуты на практике буквально сразу после их высказывания. Другие же оставались на бумаге многие годы, ибо на момент их появления технологии не позволяли провести практические опыты. Сегодня мы познакомимся с исследованием, в котором ученые из Франкфуртского университета имени Гете (Германия) попытались понять, что есть «давление света» на самом деле, подтвердив в процессе теорию 90-летней давности. В чем именно заключалась теория, какие методики были использованы в опытах, и что нового мы узнали о фотонах? Ответы на эти вопросы ожидают нас в докладе ученых. Поехали.

    Историческая справка


    Давление света (или давление электромагнитного излучения) это механическое давление, оказываемое на любую поверхность в результате обмена импульсом между объектом и электромагнитным полем.

    Первооткрывателем этого понятия является Иоганн Кеплер (1571-1630). В 1619 году, наблюдая за кометой, он отметил, что ее хвост всегда направлен в сторону от Солнца.

    Спустя более двухсот лет в 1862 году Джеймс Максвелл (1831-1879) предположил, что свет как электромагнитное излучение обладает свойствами импульса и, следовательно, оказывает давление на любую поверхность, с которой контактирует. Экспериментально это было подтверждено лишь в 1900 году Петром Лебедевым.

    Практические опыты с целью изучения давления света крайне сложны. Связано это с тем, что силы, создаваемые световым давлением, крайне малы. Однако в космических масштабах (буквально) суммарный эффект этих малозаметных сил может оказывать большое кумулятивное воздействие на объект в течение длительных периодов времени. Например, если бы во время подготовительных расчетов перед запуском космического аппарата программы «Викинг» не учитывалось давление света, то аппарат пролетел бы орбиту Марса на расстоянии 15 000 км.


    Иоганн Кеплер, Петр Лебедев и Арнольд Зоммерфельд.

    Если суммировать все воедино, то мы получим следующее: частицы света (фотоны) ударяются об атомы тела и передают ему часть своего импульса, а тело от этого становится быстрее.

    Пока все логично. Однако не все так просто. Ранее проводились опыты, в которых фотоны определенной длины волны выбивали из атомов отдельные электроны. Импульс этих электронов был больше, чем у фотона, который с ним взаимодействовал. Это невозможно, скажете вы, ибо есть третий закон Ньютона, в котором говорится, что на любое действие имеется противоположное равное противодействие (утрированно говоря). Тем не менее, в 1930 году немецкий ученый Арнольд Зоммерфельд предположил, что дополнительный импульс выброшенного электрона происходит из атома, который он покинул. Получается, что движение атома должно быть направлено в сторону источника фотонов, т.е. к свету. Теория весьма смелая, но в те годы подтвердить ее на практике было нереально ввиду отсутствия необходимых технологий.

    И вот 90 лет спустя наши современники смогли впервые в мире воочию понаблюдать этой таинственный процесс.

    Основа исследования

    Авторы труда напоминают, что вектор электрического поля электромагнитной волны ориентирован перпендикулярно оси распространения света. Поскольку это поле управляет фотоионизацией*, стоит предположить, что его направление будет осью симметрии для угловых распределений фотоэлектронов и фотоионов.
    Фотоионизация* — ионизация молекулы/атома непосредственно при абсорбции фотонов, энергия которых равна или больше энергии ионизации.

    Фотоэффект — процесс взаимодействия электромагнитного излучения и вещества, когда энергия фотонов передается электронам вещества.

    Фотоэлектрон — электроны, вытесняемые из вещества, когда на него воздействует электромагнитное излучение.

    Фотоион — катион (положительно заряженный ион), полученный в результате фотоионизации.
    Однако при высоких энергиях фотонов Eγ и соответствующих высоких фотонных импульсах kγ эта симметрия нарушается, а импульсные распределения фрагментов реакции асимметричны относительно направления распространения света.

    Зоммерфельд в своих изысканиях понял, что средний прямой импульс электронов, превышающий импульс фотона (⟨kex⟩ > kγ), влечет за собой то, что средний импульс фотоиона должен быть противоположным для учета сохранения импульса.

    Стоит также отметить, что так называемые недипольные эффекты, возникающие из-за ненулевого импульса фотона, также оказывают существенное влияние на однофотонную ионизация. Кроме того, более высокие мультипольные компоненты взаимодействия света и вещества не только изменяют угловое распределение фотоэлектронов, но также открывают дополнительные пути ионизации, которые запрещены диполями.

    В данном исследовании эксперименты по однофотонной ионизации были выполнены в двух вариантах:

    • низкоэнергетический (300–1775 эВ) на PETRA III (DESY/Немецкий электронный синхротрон) с применением света с циркулярной поляризацией;
    • высокоэнергетический (12–40 кэВ) на ID31 (European Synchrotron Radiation Facility) с применением света с линейной поляризацией.

    Для измерений состояния заряда и трехмерного вектора импульса фотоионов был использован метод спектроскопии COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy).

    Фотонный пучок был пересечен под прямым углом сверхзвуковой газовой струей He (низкоэнергетический эксперимент) или N2 (высокоэнергетический эксперимент). Ионы направлялись электрическим полем к чувствительному ко времени и положению детектору с отсчетом положения линии задержки*.
    Линия задержки* — устройство задержки электрических и электромагнитных сигналов на заданный промежуток времен.
    Начальные импульсы после фотоионизации были получены от времени полета ионов и положения точки контакта. В экспериментах с N2 рассматривалась исключительно ионизация K-оболочки (электронная оболочка атома первого уровня) с последующим распадом Оже*.
    Эффект Оже* — выход электрона из атомной оболочки ввиду безызлучательного перехода в атоме при снятии возбуждения.
    В таком случае возникает два однозарядных иона, которые совпадают с оже-электроном. Из этих трех векторов импульса был рассчитан импульс иона N2+ в момент после фотоэлектронной эмиссии.

    Чтобы получить доступ к ионным импульсам в абсолютном масштабе, важно точно знать местоположение ионов с нулевым импульсом на нашем детекторе. Для данных высоких энергий эта нулевая точка получается из ионов, которые создаются комптоновским рассеянием*.
    Комптоновское рассеяние* — некогерентное (фотоны до и после рассеяния не интерферируют) рассеяние фотонов на свободных электронах.
    В этом случае импульс фотона передается электрону, и поэтому ион остается с распределением импульса, центрированным в начальной точке.


    Изображение №1

    На графике выше суммированы результаты исследования. Синим цветом показано измеренное среднее значение импульса иона в направлении распространения света ⟨kionx⟩ как функция энергии фотона (верхняя шкала) или импульса фотона (нижняя шкала). Точки (низкие энергии фотонов) соответствуют однократной ионизации He, а квадраты (высокие энергии фотонов) — ионизации K-оболочки N2.

    Отрицательные значения соответствуют обратному излучению, то есть в противоположную сторону от направления распространения фотона. Красным цветом обозначено среднее значение импульса фотоэлектрона ⟨kex⟩, полученное за счет измеренного импульса иона с учетом сохранения импульса.

    Красная и синяя линии демонстрируют прогнозируемые данные в соответствии со следующими формулами:



    где Ip — потенциал ионизации; с — скорость света.

    Из вышеописанных данных следует, что это является прямым практическим доказательством теории касательно обратно направленной эмиссии ионов при фотоионизации.


    Изображение №2

    Изображение выше демонстрирует нам распределение фотоионного импульса для фотоионизации He, где использовались фотоны с циркулярной поляризацией в 300, 600, 1125 и 1775 эВ. Горизонтальная ось — составляющая импульса, параллельная kγ, а вертикальная ось это импульс, перпендикулярный оси фотона. Красным отмечены концентрические кольца, центр которых расположен там же, где и начальная точка импульсного пространства. Радиус колец равен соответствующим фотоэлектронным импульсам ke = √ 2(Eγ — Ip).

    События ионизации не накапливаются на этих кольцах, а смещаются вперед в направлении распространения фотонов. Это наиболее четко видно на внешнем кольце, соответствующем энергии фотона 1775 эВ. При этом синие кольца смещаются вперед фотонным импульсом 1775 эВ фотона.

    Следовательно, измеренные распределения импульса иона непосредственно показывают, что импульс фотона в основном поглощается ионом, что является следствием сохранения импульса.

    В каждом отдельном событии ионизации импульс фотона передается центру масс системы, который почти совпадает с ионом. Соответствующее импульсное распределение электрона показывает окружность того же радиуса, но не смещенную вперед.

    Помимо смещения вперед кольца в импульсном пространстве ионов, распределение импульсов на этом кольце также изменяется в зависимости от энергии фотона. Это распределение больше отклоняется в обратное полушарие при увеличении Eγ.

    Сохранение импульса требует, чтобы конечный импульс измеряемого иона равнялся импульсу фотона за вычетом импульса фотоэлектрона. Таким образом, распределение ионов на смещенной сфере в импульсном пространстве и угловое распределение фотоэлектронов в лабораторной системе отсчета являются прямыми зеркальными отражениями друг друга (изображение №3).


    Изображение №3

    Они имеют приблизительную дипольную форму, поскольку начальное состояние является He(1s), и, таким образом, главная составляющая углового момента (момента импульса) в конечном состоянии представляет собой диполь. Кроме того, эта дипольная форма отклонена вперед.

    По заявлению авторов исследования, в профильной литературе можно встретить много вариантов объяснения передачи импульса фотона, некоторые из которых далеки от истины. Чаще всего утверждается, что поглощенный фотон передает выбрасываемому электрону собственный импульс. Из этого утверждения следует, что этот «удар» отвечает за смещение вперед углового распределения электронов, как показано на изображении выше.

    Чтобы было проще понять все нюансы, ученые предлагают вспомнить, как именно происходит передача импульса фотона при взаимодействии с электромагнитным полем. Для простоты примера была выбрана фотоионизация 1s-электрона атома водорода.

    За пределами электрического дипольного приближения электромагнитная волна ионизирующей плоскости с волновым вектором |kγ| = kγ = Eγ/c (импульс фотона) «впечатывает» локальный фазовый фактор eikγ·r в элемент матрицы перехода.

    Вводя координату RH для центра масс атома и координату r′ для электрона 1s по отношению к RH, абсолютная координата электрона 1s в лабораторной системе отсчета может быть переписана как r = RH + r′. Таким образом, соответствующая фаза может быть выражена следующим образом: eikγ·r = eikγ·RH eikγ·r′.

    Эта фаза, представленная полем, модифицирует элемент матрицы перехода: первый фактор из уравнения выше входит в элемент матрицы перехода ⟨π|eikγ·RH 0⟩ между переходными состояниями атомного центра масс, которые описываются плоскими волнами (2π)−3/2 eiπ·RH с импульсом π. Эта амплитуда порождает закон сохранения импульса π = π0+kγ. Таким образом, поглощение фотона атомом привносит в его центр массы импульс kγ.

    Второй фазовый фактор eikγ·r′ из уравнения отвечает за мультипольные правки за пределами электрического дипольного приближения.

    Выше порога ионизации в каждом событии ионизации ион получает импульс фотона и, кроме того, отдачу от фотоэлектрона. Дополнительная передача углового момента орбиты от фотона приводит к смещению вперед углового распределения электрона. Этот направленный вперед средний импульс электрона уравновешивается обратно направленной передачей импульса иону.

    По результатам исследования видно, что для s-начальных состояний обратный импульс иона масштабируется -(3/5)kγ, подтверждая теорию, описанную Зоммерфельдом.

    Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

    Эпилог


    Выведение формул и формирование теорий нельзя назвать простым занятием, но поиски доказательств или опровержений этих теорий порой еще сложнее.
    
В данном труде ученые смогли доказать правоту теории, которая была сформулирована еще в тридцатых годах прошлого века. Авторы исследования смогли не только измерить импульс иона, но и определить его происхождение. Родителем этого импульса является так называемая «отдача» выброшенного электрона.

    Если фотон имеет низкую энергию, то при теоретическом моделировании его импульсом можно пренебрегать, говорят ученые. Однако при высоких энергиях фотона подобное пренебрежение приводит к значительным неточностям. Экспериментальные данные позволили определить порог, когда импульс фотона больше нельзя не учитывать.

    В дальнейшем ученые намерены продолжить начатую работу, поскольку совершенные открытия открывают двери перед более детальным рассмотрением процессов, происходящих в момент распределения энергии между двумя или более фотонами.

    Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята.

    Немного рекламы


    Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

    Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
    ua-hosting.company
    Хостинг-провайдер: серверы в NL до 300 Гбит/с

    Комментарии 93

      +5
      Нет, ну это же надо! Так и знал — дурят нашего брата, Радиометр Крукса вращается оттого, что по нему корпускулы стучат ;)

      Радиометр Крукса
        +3
        Тоже прекрасно помню как этот «вентилятор» нам показывали на уроках физики в школе.
        Исследователи в этой статье наблюдали за процессом передачи импульса при ионообразовании. Не думаю, что они планировали просто подтвердить корпускулярно-волновой дуализм. Введение (да и заголовок), конечно, вводят в заблуждение относительно поставленной задачи.
          +4
          Принцип действия этой хреновины иной, и он не связан с давлением света.
            +3
            Вы правы. Но то, что создал Лебедев для экспериментального подтверждения давления света принципиально похоже на радиометр Крукса.
            0
            эта штука будила меня утром )
            +5
            высокоэнергетический (300–1775 эВ)…

            низкоэнергетический (12–40 кэВ)...

            Здесь ничего не напутано?

              +1

              +1.
              И называть такие излучения "светом" как-то неправильно.

              +10
              > второй закон Ньютона, в котором говорится, что на любое действие имеется противоположное равное противодействие

              Это третий закон. Второй это про F=ma.
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                +4
                Справедливости ради, Кеплер не знал о солнечном ветре
                  0
                  да и хвост кометы вытягивается от солнечного ветра (т.е. потока ионизированных частиц, а не света)
                    0
                    Так я на это и намекал
                      +1
                      У кометы два хвоста, тот который направлен от солнца как раз из-за света.
                    +3
                    если бы во время подготовительных расчетов перед запуском космического аппарата программы «Викинг» не учитывалось давление света, то аппарат пролетел бы орбиту Марса на расстоянии 15 000 км.
                    Википедия цитирует данный факт из книги Eugene Hecht, «Optics», 4th edition
                    Забавная книга, мало того, что стоит 170$ несмотря на то, что есть 5 часть, так еще теперь и ее переписывать надо, учитывая новые факты:)
                      0
                      вектор электрического поля электромагнитной волны ориентирован перпендикулярно оси распространения света

                      У меня такой вопрос. Если пустить электромагнитную волну вдоль некоторой поверхности (не перпендикулярно, как в солнечном парусе), которая имеет электростатический заряд нужного знака, эта поверхность будет отталкиваться из-за взаимодействия электрических полей? Тот же вопрос можно задать про вектор магнитного поля и постоянный магнит.

                        0
                        Не будет никакого заметного взаимодействия по двум причинам.

                        1. Вектор поля изменяет свое направление на противоположное на каждом следующем «гребне» волны.
                        2. Сами «гребни» бегут от источника со скоростью света.

                        Но, если создать 100% стоячую волну (направить узкий пучек на перпендикулярное зеркало), то, думаю, можно будет провзаимодействовать с полями этой волны, потому что они станут по сути стационарными (но не постоянными, их вектор все равно будет менять направление с частотой передатчика).
                          0
                          1. Но ведь можно подобрать длину волны, чтобы противополжный гребень был за пределами поверхности. У дециметровых волн например длина волны до 1 метра.
                          2. Ну и пусть бегут, нам нужен только первый. Можно ведь сделать импульсный передатчик, чтобы он создавал волну с одним и тем же направлением вектора в первом гребне.

                          Я к тому, что если взаимодействие возможно, то можно получить космический двигатель без выброса рабочего тела. Создаем возмущение поля и от него отталкиваемся. Амплитуду можно регулировать как нужно, в отличие от солнечного паруса.
                            0

                            1) то что вы описываете уже не волна и распространяться не будет
                            2) это уже есть (ну как минимум в теории), называется фотонный двигатель. Выброс рабочего тела там все таки есть — фотоны.

                              0
                              1. Почему? Волна с заданной длиной волны не является волной?
                              2. В фотонном двигателе фотоны выбрасываются вдолю оси движения в противоположную сторону. Я спрашиваю про излучение перпендикулярно движению тела. Волна идет вдоль заряженной поверхности, электрическое поле волны отталкивает поверхность.

                                +1
                                Можно ведь сделать импульсный передатчик, чтобы он создавал волну с одним и тем же направлением вектора в первом гребне.

                                Вот это не будет волной. Если это импульс — то он будет иметь достаточно широкий спектр излучения, а следовательно являться суммой волн со всеми вытекающими.
                                Я спрашиваю про излучение перпендикулярно движению тела.
                                вы собираетесь нарушить закон сохранения импульса :). Как только вы приблизите к волне проводник, электрическое поле станет ортогональным к нему, а магнитное тангенциальным не зависимо от того, как они были направлены изначально (граничные условия). Фактически вы будете тратить кинетическую энергию проводника на перераспределение поля, возмущать его — рождать новые отраженные волны, и т.д. и т.д. И остается вопрос, а кто будет генерировать это перпендикулярное поле?
                                  0
                                  Если это импульс — то он будет иметь достаточно широкий спектр излучения

                                  Под импульсом я подразумевал испускание волны заданной частоты очень короткой длительности. Может быть это как-то по-другому называется. То есть передатчик не работает постоянно, начиная волну то с положительной полуволны, то с отрицательной.


                                  Фактически вы будете тратить кинетическую энергию проводника

                                  Ну у меня в примере нет движения проводника, волна сразу появляется рядом с ним в нужной поляризации и с нужной полярностью первой полуволны. Можете описать, что происходит с заряженной поверхностью и волной в этом случае?

                                    0
                                    Это и есть импульс, если хотите то радиоимпульс (прямоугольный сигнал амплитудно модулированный частотой).

                                    Ну вы как-то удивительно описываете свой двигатель тогда, у вас волна «появляется сразу в нужном месте» — это как? Волна откуда-то должна прийти, если она распространяется — это волна со сменой направлений векторов и т.д. Короче, есть такое устройство волновод, в котором бегут волны вдоль металлических стенок — и эти устройства не разрывает от взаимодействия с волной.

                                    Описать могу, но это уже многократно сделано. Называется падение плоской волны на границу раздела двух сред. Никаких сил там не возникает, не зависимо от начальной фазы (знака первой полуволны). Например вот тут, лекция №8 studfile.net/preview/6319536/page:28/ Полистайте раньше, позже там рассмотрены и другие случаи падения волны на поверхность металла и диэлектрика, так-же можно посмотреть в любой учебник по электродинамике, это практически классическая задача, сродни телу на наклонной плоскости в механике.
                                      0
                                      Волна откуда-то должна прийти

                                      Из передатчика. В простейшем случае это пробой между 2 электродами. Как в опытах Герца.


                                      Короче, есть такое устройство волновод, в котором бегут волны вдоль металлических стенок — и эти устройства не разрывает от взаимодействия с волной.

                                      Насколько я понимаю, там происходит отражение волн от стенок волновода, то есть они падают под некоторым углом и отражаются обратно.
                                      И я не говорил ничего про то, что от взаимодействия с волной должно что-то разорвать. Я спросил, будет ли происходить отталкивание и почему.


                                      Полистайте раньше, позже там рассмотрены и другие случаи падения волны на поверхность металла и диэлектрика

                                      Я не нашел там описание взаимодействия полей волны с полями заряженной поверхности.

                                        0
                                        Насколько я понимаю, там происходит отражение волн от стенок волновода
                                        Не совсем так, скорее формируется определенное распределение поля внутри замкнутого металлического объема.
                                        Я спросил, будет ли происходить отталкивание и почему.
                                        Если есть отталкивание — сила, то при определенной мощности эта сила превысит предел прочности материала и разрушит материал «разорвет» такого эффекта не наблюдается.
                                        В простейшем случае это пробой между 2 электродами. Как в опытах Герца.
                                        Это крайне далеко от
                                        Можно ведь сделать импульсный передатчик, чтобы он создавал волну с одним и тем же направлением вектора в первом гребне.
                                        Передатчик у вас на вашем двигателе стоит? То есть «стреляет» фотонами в каком-то направлении?
                                        Я не нашел там описание взаимодействия полей волны с полями заряженной поверхности.
                                        Я же вам прямо номер дал. Лекция №6, 7, 8. От того что пластина имеет статический заряд, а в условиях прохождения волны «параллельно» пластине заряд можно рассматривать как статический, ничего не изменится: волна — это колебания поля, безотносительно его абсолютной величины его напряженности. Для аналогии положите деревяшку на воду и создайте рябь — куда деревяшка будет двигаться?

                                        Ну или еще проще: если хотите опровергнуть закон сохранения импульса — это очень просто: нужно лишь доказать или показать, что физический процесс изменится при перемещении в пространстве при сохранении прочих равных условий. Например пружинный маятник в одной части комнаты будет колебаться быстрее или медленнее чем в другой (при сохранении прочих равных условий: гравитация, температура, и прочее). Именно это есть базовое утверждение для закона сохранения импульса.

                                        Закон сохранения момента импульса — это тоже самое только относительно поворота в пространстве. То есть установка смотрящая на север и на юг даст один и тот-же результат.

                                        Закон сохранения энергии — это трансляции во времени. Сегодня и завтра опыт будет проходить одинаково.
                                          0
                                          при определенной мощности эта сила превысит предел прочности материала и разрушит материал «разорвет» такого эффекта не наблюдается

                                          Так наверно потому что в волноводах мощность не такая большая?


                                          Передатчик у вас на вашем двигателе стоит? То есть «стреляет» фотонами в каком-то направлении?

                                          Он стреляет фотонами вдоль заряженной поверхности, перпендикулярно направлению ее предполагаемого движения ("вбок").


                                          Для аналогии положите деревяшку на воду и создайте рябь — куда деревяшка будет двигаться?

                                          Это не совсем корректная аналогия. Гравитация тянет деревяшку вниз, поверхностное натяжение воды тянет деревяшку к воде. Ближе всего будет мусор на вертикальной стенке. Соломинка намокла и прилепилась к стенке, эта сила сильнее гравитации. Первая волна может поднять соломинку выше, вторая еще выше, она остановится на уровне волны с максимальной амплитудой. Прилив поднимет воду до этого уровня, на этом уровне снова будут появляться волны, соломинку волнами может поднять еще выше. Для электромагнитного поля мы можем создавать волны в любой точке, при этом, в отличие от волны на воде, поле в точке возникновения после возмущения сразу затухает, а не колеблется по инерции туда-сюда.


                                          если хотите опровергнуть закон сохранения импульса

                                          Я не хочу опровергнуть закон сохранения импульса, волна улетает дальше "вбок". Насколько я представляю, у нее должна быть меньше амплитуда, так как часть энергии ушла на отталкивание поверхности через поле. В принципе ее можно ловить с другой стороны и как-нибудь использовать, но это несущественно.


                                          В какой-то степени такой двигатель это аналог гребного винта, который двигает лодку посредством взаимодействия с окружающей водой и сам двигается вместе с ней. Ни про какое нарушение законов сохранения я не говорю.

                                            0
                                            Так наверно потому что в волноводах мощность не такая большая?
                                            Нет эффекта нет совсем, а мощности там дайбоже.
                                            Это не совсем корректная аналогия. Гравитация тянет деревяшку вниз, поверхностное натяжение воды тянет деревяшку к воде.
                                            Вполне корректная аналогия. Можно представить этот опыт в условиях микрогравитации например МКС.
                                            в отличие от волны на воде, поле в точке возникновения после возмущения сразу затухает, а не колеблется по инерции туда-сюда.
                                            Это еще почему? Поле после возмущения именно что колеблется — это и есть волны. Именно потому что скорость света конечна. Например, у вас был покоящийся заряженный шар, он создавал статическое поле и вы его магическим образом изъяли из нашей реальности, поле не сможет мгновенно исчезнуть, так как скорость конечна, оно начнет меняться постепенно от точки к точке, а изменение эл. поля рождает магнитное поле, которое тоже меняется, а изменяющееся магнитное поле рождает изменяющееся электрическое — побежала волна.
                                            Прилив поднимет воду до этого уровня, на этом уровне снова будут появляться волны, соломинку волнами может поднять еще выше.
                                            Смотрите, вы наверное знаете, что есть такая вещь как потенциал — это одна из характеристик электрического поля. Напряжение — это разность потенциалов между «плюсом» и «минусом». Так вот считается что на бесконечности потенциал равен 0 — так принято и удобно для расчета, но вам никто не запрещает сказать что он не 0, а допустим 100500 (фактически это константа интегрирования и вы вольны выбрать ее по своему вкусу), математика как и физика процесса от этого не изменится ровным счетом никак, потому что важна именно разность потенциалов. Во время прилива деревяшка, находящаяся вдали от берега, никуда не сдвинется относительно поверхности воды ни влево ни в право ни вперед ни назад, она лишь немного приподнимется (возрастет потенциал) но движения «на гребне волны» не будет.
                                            Он стреляет фотонами вдоль заряженной поверхности, перпендикулярно направлению ее предполагаемого движения («вбок»).
                                            Я не хочу опровергнуть закон сохранения импульса, волна улетает дальше «вбок».

                                            Ваш корабль полетит в сторону противоположную излучению по закону сохранения импульса, а пластина вдоль пути распространения волны при определенных условиях (передатчик у вас не совсем плоские волны рождать будет, а сферические, ну или немного сферические на худой конец) отклонит направление движения волны и тогда он полетит немного в сторону. И мы вернулись к фотонному двигателю с «управляемым вектором тяги», хотя это не самый эффективный метод. Кстати если пластина будет сильно меньше длинны волны — то поле ее вообще не заметит.
                                              0
                                              Нет эффекта нет совсем, а мощности там дайбоже.

                                              Если там большие мощности, это не значит, что они достаточно большие, чтобы разорвать вещество. Если что, тут я говорю только о логике, что ваш аргумент ничего не доказывает, а не пытаюсь доказать обратное.


                                              Это еще почему? Поле после возмущения именно что колеблется — это и есть волны.

                                              В точке начального возмущения? Не знаю, я такой информации не встречал.
                                              Колебания распространяются в некотором направлении. В точке X+1 возмущение появилось, в точке X исчезло. После того, как в начальной точке вектор электрического поля затух до 0, он не изменяется ни в какую сторону, потому что нет сил, которые бы его меняли. У полей нет инерции и поверхностного натяжения, в отличие от молекул воды.


                                              оно начнет меняться постепенно от точки к точке, а изменение эл. поля рождает магнитное поле, которое тоже меняется, а изменяющееся магнитное поле рождает изменяющееся электрическое — побежала волна.

                                              Да. От начальной точки. В начальной точке уже все успокоилось, возмущения нет, а на расстоянии X = скорость света * время возмущение есть.


                                              Во время прилива деревяшка, находящаяся вдали от берега

                                              Это некорректная аналогия, я уже сказал почему. Деревяшку тянут на прежнуюю позицию гравитация и натяжение воды. Более корректную я привел, если хотите использовать аналогии, придерживайтесь ее.


                                              Ваш корабль полетит в сторону противоположную излучению по закону сохранения импульса

                                              У него будет вектор в этом направлении, но меня интересует вектор силы от взаимодействия поля пластины с полем волны. Как я уже сказал, волну можно ловить с другой стороны, тогда импульс вернется обратно кораблю.


                                              а пластина вдоль пути распространения волны отклонит направление движения волны
                                              И мы вернулись к фотонному двигателю

                                              Но в фотонном двигателе вообще не используется отталкивание полей. Поля направлены перпендикулярно движению корабля и никак на него не влияют. Я говорю как раз о том, чтобы их использовать.

                          +2
                          Заряды в поверхности будут бегать — так антенна работает. Если у вас свободное тело, оно будет тоже колебаться. Без выхлопа полететь не получится — закон сохранения импульса никто не отменял.
                            0
                            Так выхлоп есть, мы же излучаем волну. Просто отталкиваемся от ее боковой составляющей.

                            Про заряды не очень понял, можете подробнее описать? Давайте лучше на магнитном поле рассмотрим. Есть постоянный магнит с основанием 1x1 м, у основания допустим северный полюс, у края основания прикреплен передатчик. Он отправляет вдоль поверхности основания короткий электромагнитный импульс с длиной волны 2 м, соответственно полуволна с северным магнитным полем получается длиной 1 м. Почему магнит не будет отталкиваться от магнитного поля волны?
                              +1
                              Если поверхность не заряжена — никакого импульса не передастся. Если заряжена — то по идее передастся, только очень неэффективно, гораздо менее эффективно, чем в солнечном парусе (вклад магнитного поля в давление надо делить на скорость света).
                              А если выхлоп вы закрываете (типа делаете резонатор), то никуда не улетите, будете дергаться на месте туда-сюда (как и положено по всем законам сохранения).

                              у края основания прикреплен передатчик. Он отправляет вдоль поверхности основания короткий электромагнитный импульс с длиной волны 2 м, соответственно полуволна с северным магнитным полем получается длиной 1 м. Почему магнит не будет отталкиваться от магнитного поля волны?
                              Будет, почему бы нет. Только это тот же солнечный парус, только в профиль. Я уж не говорю о том, что у вас передатчик полетит в сторону, противоположную направлению импульса, гораздо быстрее.
                                0
                                Если поверхность не заряжена — никакого импульса не передастся.

                                Ну смотрите. На столе лежит магнит, от динамика например. Над ним параллельно ему проносим второй магнит. Чем ближе второй оказывается к первому, тем больше он отталкивается. Сила отталкивания не зависит от импульса первого или второго магнита. Я говорю не про импульс фотона при его поглощении и отражении, а про отталкивание полей.


                                Только это тот же солнечный парус, только в профиль.

                                Но в солнечном парусе фотоны летят перпендикулярно поверхности, соответственно их электрическое или магнитное поле направлено вдоль нее. Если она будет заряжена или намагничена, взаимодействие этих полей наоборот будет минимальным, разве нет? Максимальное взаимодействие достигается когда векторы полей сонаправлены. Что я и предлагаю сделать в этом примере, пустив волну вдоль поверхности.

                                  0
                                  На столе лежит магнит, от динамика например.
                                  Ну да, я, конечно, неточно выразился. Вы правильно говорите.

                                  Я говорю не про импульс фотона при его поглощении и отражении, а про отталкивание полей.
                                  Нет такого понятия как отталкивание полей. Если у вас летит один магнит к другому, его импульс передается второму. Если вы двигаете его рукой, вы выполняете работу.

                                  Но в солнечном парусе фотоны летят перпендикулярно поверхности, соответственно их электрическое или магнитное поле направлено вдоль нее.
                                  А импульс (и поток энергии) — перпендикулярно. Действует не поле, а изменение поля.

                                  Если она будет заряжена или намагничена, взаимодействие этих полей наоборот будет минимальным, разве нет?
                                  Но у вас действие на парус не за счет намагниченности паруса и отткалкивания его в магнитном поле.
                                  Максимальное взаимодействие достигается когда векторы полей сонаправлены.
                                  Если у вас не заряженная/намагниченная поверхность, у вас вообще не будет никакого взаимодействия.
                                    0
                                    Если у вас летит один магнит к другому, его импульс передается второму. Если вы двигаете его рукой, вы выполняете работу.

                                    Я говорю про отталкивание, когда полюса одноименные. Один магнит будет лететь от другого, и руку за собой потянет. Сила отталкивания зависит от силы магнитов. То есть импульс конечно передается, но посредством поля. И в случае с фотоном отталкивание полей должно появляться до его поглощения. А импульс фотона передается телу после поглощения.


                                    Но у вас действие на парус не за счет намагниченности паруса и отткалкивания его в магнитном поле.

                                    Почему? Я как раз говорю про отталкивание намагниченной поверхности от магнитного поля волны, или заряженной поверхности от электрического.

                                      +1
                                      Один магнит будет лететь от другого, и руку за собой потянет.
                                      Я не понимаю, к чему вы это. Я не спорю, что магниты будут отталкиваться. Но если вы подносите рукой один магнит к другому — вы выполняете работу (т.к. второй приобретает кинетическую энергию). Да, вы взаимодействуете через поля.
                                      И в случае с фотоном отталкивание полей должно появляться до его поглощения.
                                      Поля не отталкиваются сами по себе. И о каких полях вы вообще говорите в случае с фотоном? Фотон у вас частица или волна?

                                      А импульс фотона передается телу после поглощения.
                                      Или отражения.

                                      Почему? Я как раз говорю про отталкивание намагниченной поверхности от магнитного поля волны, или заряженной поверхности от электрического.
                                      Вы сравниваете сладкое с белым. Для солнечного паруса неважно, заряжен он или нет — он будет лететь (не за счет взаимодействия магнитного поля). В вашем примере у вас два магнита, которые отталкиваются — тоже будет работать. Только если вы берете в качестве одного из магнитов импульс света, эффективность такого двигателя очень-очень мала по сравнению с парусом.
                                        0
                                        Поля не отталкиваются сами по себе.

                                        Почему они отталкиваются у постоянных магнитов?


                                        И о каких полях вы вообще говорите в случае с фотоном? Фотон у вас частица или волна?

                                        Я говорю о электрическом и магнитном поле волны.


                                        эффективность такого двигателя очень-очень мала по сравнению с парусом

                                        Но почему? Солнечный парус ведь работает не через отталкивание полей. Я про солнечный парус вообще не говорю, я в первом сообщении специально про это написал.

                                          0
                                          Почему они отталкиваются у постоянных магнитов?
                                          Поля не отталкиваются. Это магниты отталкиваются при взаимодействии поля с веществом.
                                          Но почему? Солнечный парус ведь работает не через отталкивание полей.
                                          Солнечный парус работает на передаче импульса от фотона телу (сила пропорциональна мощности света).
                                          Для двух магнитов у вас сила пропорциональна квадрату магнитного поля. В ЭМ волне электрическое поле = скорость света * магнитное поле. Поэтому для той же мощности источника у вас магнитное притяжение будет в (скорость света) раз слабее.

                                          Дальше детали.

                                          Есть принципиальная разница между магнитом и фотоном. У магнита есть стационарное магнитное поле. У фотона нет стационарного магнитного поля, соотвественно, при пролете через магнитное поле, он не смещается (в нормальных условиях). Т.е. применять обычную логику с магнитами не очень корректно. Т.е. говорить о фотонах тут вообще не имеет смысла, нужно говорить только о протяженных волнах.

                                          Далее, вы можете представить взаимодействие бегущей волны и магнита. В бегущей волне, действительно, возникнет сила притяжения или отталкивания. Однако, эта сила, во-первых, мала (ввиду малости магнитного поля в ЭМ волне), а во-вторых, осциллирует. Т.е. за один период у вас она сначала притянет магнит, а потом оттолкнет. Суммарное смещение будет ноль.
                                            0
                                            В ЭМ волне электрическое поле = скорость света * магнитное поле.
                                            Это в СГС, а в СИ там все нормально rotE = -dB/dt Энергии двух составляющих ~равны и перекачиваются одна в другую в процессе распространения
                                            Соответственно вот это
                                            Далее, вы можете представить взаимодействие бегущей волны и магнита. В бегущей волне, действительно, возникнет сила притяжения или отталкивания. Однако, эта сила, во-первых, мала (ввиду малости магнитного поля в ЭМ волне), а во-вторых,
                                            нужно сократить до
                                            " В бегущей волне, действительно, возникнет сила притяжения или отталкивания, которая осциллирует. Т.е. за один период у вас она сначала притянет магнит, а потом оттолкнет. Суммарное смещение будет ноль." — очень приблизительно (если катушку считать магнитной антенной) так работает динамик ;)
                                              0
                                              а в СИ там все нормально
                                              Так наоборот же, нет? В СГС же величины одинаковые. Ну да не суть. Согласен, что достаточно обсуждать последнее.
                                              0
                                              Т.е. за один период у вас она сначала притянет магнит, а потом оттолкнет.

                                              Вот я про это и говорю. Можно же подобрать длину волны так, что положительная полуволна будет взаимодействовать с магнитной поверхностью, а отрицательная будет уже за ее пределами и взаимодействовать почти не будет?


                                              В ЭМ волне электрическое поле = скорость света * магнитное поле. Поэтому для той же мощности источника у вас магнитное притяжение будет в (скорость света) раз слабее.

                                              Ну ок, магнитная составляющая волны очень слабая, вернемся к электрической.
                                              Возьмем например точку где-нибудь в области Урана. Солнце очень далеко, солнечный парус будет плохо работать. Зато собственные волны мы можем генерировать любой мощности. Возможно отталкиваться от электрической составляющей этих волн с помощью заряженной поверхности с мощностью выше солнечного паруса? Повторю, я говорю не про импульс при поглощении/отражении фотона, поэтому это не то же самое, что дуть себе в парус, а скорее как с помощью гребного винта отталкиваться от воды. Тратим энергию, чтобы создать возмущение, потом от него отталкиваемся.

                                                0
                                                Давайте так: Мюнхгаузен никогда не может вытащить себя за волосы из болота. Физическая система не может двигаться без выхлопа. Вы можете сделать солнечный парус, и светить на него лазером с борта — такое лететь будет, хоть и очень-очень-очень неэффективно (выхлоп есть в виде улетающей энергии фотонов). Замечу, что это не то же самое, что дуть на парус.

                                                Если вы светите вдоль поверхности, вы должны сохранять энергию и импульс в этом процессе. Если у вас бегущая волна, то магнитное поле на поверхности осциллирует, и в среднем смещение ноль. Если у вас каким-то образом создалась стоячая волна, то у вас нет выхлопа, так что что лететь не может. Но даже если вы как-то заставили лететь, сила со стороны света в этом случая настолько меньше, чем в случае, когда вы светите лазером на парус перпендикулярно, что я не знаю даже, имеет ли смысл об этом говорить.
                                                  0
                                                  Если у вас бегущая волна, то магнитное поле на поверхности осциллирует, и в среднем смещение ноль.
                                                  Подождите. Есть полуволна, где поле идет в плюс, есть следующая полуволна, где в минус. Все это занимает расстояние, равное длине волны. Допустим, она 2 метра. На первом метре есть заряженная или намагниченная площадка, на втором нет. Передатчик создал поле, изменившееся от A до 0 и потом сразу отключился. Поле волны амплитудой А провзаимодействовало с площадкой на первом метре и затухло до 0. Что там дальше на втором метре с волной происходит в общем-то неважно.
                                                  Откуда тут осцилляция и среднее смещение 0?
                                                    0
                                                    Я думал, вы волной светите, там бы осцилляции были. А так, не можете создать «волну от А до 0» — физически, это просто не имеет физического смысла. У вас нет процесса, в котором вы можете создать только положительную амплитуду. Собственно, и волновое описание в рамках монохроматической волны не работает на масштабах меньше одной длины волны.

                                                    Но вообще я не очень понимаю, почему вы настаиваете на этой хитрой схеме со свечением вдоль, когда просто посветить лазером в парус уже работает.
                                                      0
                                                      Так потому что лазером надо светить с другого объекта, а тут получается автономная система.

                                                      Ну пусть даже от передатчика постоянно волна идет. Когда от передатчика идет отрицательная полуволна, поверхность можно заряжать противоположным знаком или отключать. Даже если она не успеет полностью разрядиться, или будет разряжаться на протяжении нескольких тактов, влияние отрицательной полуволны будет меньше. Для длины волны 1 м частота будет 0.3 ГГц, в принципе не так уж много для постоянной зарядки/разрядки, в оперативной памяти такие частоты используются. Хотя там и заряды очень маленькие.
                                                        0
                                                        Так потому что лазером надо светить с другого объекта, а тут получается автономная система.
                                                        Нет, о том и речь, можно прямо с паруса. Смотрите, каждый вылетающий из лазера фотон обладает импульсом h*k, т.е. передает импульс -h*k лазеру. Когда он ударяется в парус и поглощается, он передает импульс h*k, в сумме остается ноль. Когда он переизлучается в другую сторону (то бишь, отражается), он обладает импульсом -h*k, а парус получает импульс h*k и летит вперед:)

                                                        А про вторую часть: я не буду даже погружаться в детали. Чтобы ваш двигатель полетел, скажем, направо, что-то должно улетать от него налево, просто по закону сохранения. В вашем примере у вас выхлоп не налево, т.е. либо должно быть что-то еще улетать налево, либо схема не работает.
                                                          0

                                                          А, ну тогда ок. Просто в Википедии про солнечный парус написано, что предлагается использовать лазерные установки на отдельных станциях, поэтому я подумал, что так нельзя.


                                                          Насчет того, что там происходит, и был мой вопрос. Если поле волны создает какую-то силу, действующую на поверхность, ее можно использовать. Если нет, значит имеется участок пространства, где это поле усилено или ослаблено по сравнению с соседними участками, и может быть это тоже можно как-то использовать.

                                                            0
                                                            А, ну тогда ок. Просто в Википедии про солнечный парус написано, что предлагается использовать лазерные установки на отдельных станциях, поэтому я подумал, что так нельзя.
                                                            Ну да, потому что парус это очень-очень-очень неэффективно, и вам просто неоткуда будет брать столько энергии на корабле.

                                                            Если поле волны создает какую-то силу, действующую на поверхность, ее можно использовать.

                                                            Я не думаю, что поле создает какую-то силу.
                                                            Если нет, значит имеется участок пространства, где это поле усилено или ослаблено по сравнению с соседними участками, и может быть это тоже можно как-то использовать.
                                                            Тоже не думаю (потому что поле — бегущая волна).

                                                            Вот вам пример, как можно использовать: если вы возьмете отповолокно, очистите его до ядра, то при прохождении света по нему, небольшое количество поля будет утекать за пределы волокна. Этот свет будет создавать силу на частицы, которые будут подлетать достаточно близко. Этот эффект можно использовать в сенсорах и всяких био-технологиях.

                                                              0
                                                              Я не думаю, что поле создает какую-то силу.

                                                              Но ведь 2 магнита как-то отталкиваются. Да, вы писали, что происходит взаимодействие поля с веществом, но заряженная/намагниченная поверхность это тоже вещество.


                                                              Мы двигаем один магнит к другому одинаковыми полюсами, при некотором количестве силовых линий поля наступает равновесие силы отталкивания и силы, которая двигает магнит. То же самое происходит, если подать ток на катушку с током вместо второго магнита, количество силовых линий увеличивается, появляется отталкивание. С полем волны должно быть так же как с полем катушки, просто оно действует кратковременно.

                                                                0
                                                                Но ведь 2 магнита как-то отталкиваются.
                                                                Но вы не можете сравнить магнит с ЭМ полем, поэтому такие аналогии ни к чему дельному не приводят. А без аналогий, надо просто брать да считать.

                                                                С полем волны должно быть так же как с полем катушки, просто оно действует кратковременно.
                                                                Ну в том и дело, что вы не можете определить движение меньше, чем за период волны. А больше, чем за период, у вас будет нулевое смещение.

                                                                Я уж не говорю о том, что и плоская волна — приближение, и классическая волна — еще какое приближение, которое ломается при попытках рассмотреть малые масштабы.
                                                                  0

                                                                  Это не аналогия, это скорее вопрос "что происходит там и чем отличается здесь". Поля-то ведь одни и те же.


                                                                  А больше, чем за период, у вас будет нулевое смещение.

                                                                  Ок, но я же писал, что с этим можно сделать.


                                                                  По изначальному вопросу стало более-менее понятно, спасибо всем за разъяснения.


                                                                  Нашел работу "Эффект электрического поля в передаче тепла между металлами в экстремальном ближнем поле"


                                                                  Я не до конца разобрался, о чем там говорится, но там есть фраза:
                                                                  "В случае заряженных поверхностей амплитуды отражения для них уже не будут определяться формулами Френеля, так как взаимодействие заряженной поверхности с электрическим полем электромагнитной волны создает механическое напряжение, которое будет приводить к поверхностной поляризации за счет смещения поверхности."


                                                                  То есть видимо заряд поверхности как-то влияет на отражение волны.

                                                                    0
                                                                    Это не аналогия, это скорее вопрос «что происходит там и чем отличается здесь». Поля-то ведь одни и те же.
                                                                    Нет, не одни и те же. В одном случае у вас постоянное поле, а во втором — возмущение этого поля (волна в поле).

                                                                    Отличается тем, что у вас нет второго магнита. ЭМ волна — не магнит. В частности, на ЭМ волну не действует магнитное поле (т.к. заряд фотона нулевой) — по крайней мере в стандартных условиях. У вас не может быть действия без противодействия, т.е. если бы ЭМ волна производила силу на магнит, магнит должен был бы производить силу на ЭМ волну, но у него нет способа это сделать. Так что без рассмотрения каких-то деталей мы уже знаем, что ЭМ волна не производит силы на магнит (при распространении вдоль его).

                                                                    То есть видимо заряд поверхности как-то влияет на отражение волны.

                                                                    Заряд влияет, конечно. Но при чем тут это?
                                                                      +1
                                                                      а во втором — возмущение этого поля (волна в поле)

                                                                      Ну так волна означает, что напряженность поля меняется. Так же как при включении катушки с током. Катушка поменяла напряженность поля, магнит стал от нее отталкиваться.
                                                                      То есть я понимаю, что чего-то не понимаю, но этот аргумент мне ни о чем не говорит.


                                                                      Заряд влияет, конечно. Но при чем тут это?

                                                                      При том, что в моем примере был вопрос про взаимодействие волны с заряженной поверхностью — либо взаимодействие электрического поля волны с электрически заряженной поверхностью, либо магнитного поля с намагниченной.

                                                                        0
                                                                        То есть я понимаю, что чего-то не понимаю, но этот аргумент мне ни о чем не говорит.

                                                                        Я понимаю, в чем именно ваша сложность, но я не могу пока сформулировать разницу понятным образом.

                                                                        Я попробую еще раз, с другого конца. ЭМ волна переносит энергию и импульс. Поэтому, например, если ей посветить на парус, парус начинает двигаться.
                                                                        Статическое поле не переносит энергии или импульса, оно обладает только потенциальной энергией. При этом оно зависит от источника, т.е. при помещении тела в поле магнита, сила будет действовать как на тело, так и на магнит (по закону ньютона).
                                                                        В случае с ЭМ полем это не так: оно само по себе является объектом, и при взаимодействии, скажем, с парусом, влияния на источник (лазер) не будет. Но будет влияние на само поле. То есть, если у вас ЭМ волна действует на поверхность, поверхность должна действовать на ЭМ волна. Но мы знаем, что ЭМ волна подвержено каким-то изменениям под действием статического магнитного поля, так что этот аспект влияния можно исключить. А как еще? Я не знаю. Значит, мы можем не пытаться даже придумывать хитрые схемы, как ЭМ волна должна подействовать на поверхность — она не может никак.

                                                                        Далее, продолжим аналогию. В случае с поверхностью и волной, у вас сначала нет взаимодействия, а потом вы его создаете (послав волну). Это аналогично тому, что вы создали магнит в поле другого магнита. Но тогда случится что: они начнут разлетаться с равным импульсом в разные стороны. Если бы ЭМ волна могла подействовать на поверхность, должно было бы произойти то же. Но, как мы выяснили выше, ЭМ волна не подвержена действию магнитного поля, так что в ней ничего не изменится.
                                                                        Даже если вы возьмете катушку, и начнете ей трясти, магнитное поле будет действовать и на катушку, и на магнит — взаимно. Этого не происходит для ЭМ волны, так что такую аналогию провести нельзя.

                                                                        Остается вопрос почему. Я думаю, ответ в привязке статического поля к источнику, и независимости ЭМ волны от него.

                                                                        При том, что в моем примере был вопрос про взаимодействие волны с заряженной поверхностью — либо взаимодействие электрического поля волны с электрически заряженной поверхностью, либо магнитного поля с намагниченной.
                                                                        Наверное, не стоит углубляться, но я замечу, что есть важная разница в электрическом и магнитом поле: электрический заряд существует, а магнитный — нет. Соответственно, поведение будет разным.
                                                                          0

                                                                          С этим объяснением стало более понятно, спасибо. Тогда еще один вопрос. В научной статье выше написано, что отражение волны от электрически заряженной поверхности происходит немного по-другому. Можете в 2 словах описать, что именно происходит с волной и поверхностью? В смысле не конкретно в статье, а в целом. Из статьи мне это не очень понятно, слишком много терминов и формул. Я правильно понял, что поверхность сдвигается в том же смысле, как в моем примере с двигателем? А угол отражения волны как-то меняется от наличия заряда?

                                                                            0
                                                                            Я в подробности не вдавался, но как понял:
                                                                            В научной статье выше написано, что отражение волны от электрически заряженной поверхности происходит немного по-другому
                                                                            Да, это так, конечно. Отражение определяется движением зарядов (т.к. волна поглощается и переизлучается), так что наличие ненулевого баланса зарядов будет менять отражение.
                                                                            правильно понял, что поверхность сдвигается в том же смысле, как в моем примере с двигателем?
                                                                            Нет, она сдвигается как в примере с парусом — в направлении, ортогональном полю (в статье это ось z).
                                                                            Можете в 2 словах описать, что именно происходит с волной и поверхностью?
                                                                            Да собственно примерно то же, что в случае с двумя магнитами: поле приводит к электростатической силе между двумя поверхностями. Поверхности при этом излучают ЭМ волны: одна излучает, другая поглощает. Это приводит к смещению пластин, расстояние меняется, меняется электростатическая сила. В итоге получается хитрый баланс сил, и вот его-то и рассчитывают.

                                                                            Честно признаться, статья выглядит очень технической, и не особо интересной фундаментально. Но я в подробности не вдавался.
                                                            0
                                                            Нет, о том и речь, можно прямо с паруса

                                                            Я не пойму зачем в этой схеме парус? просто светите лазером в сторону обратную движению и все. Это и будет фотонный двигатель о котором я говорил нашему собеседнику уже несколько раз.


                                                            Ну да, потому что парус это очень-очень-очень неэффективно, и вам просто неоткуда будет брать столько энергии на корабле.

                                                            У паруса с внешним источником: солнце или лазер с земли есть еще одно преимущество импульс отражения в 2 раза больше импульса испускания фотона.


                                                            А с фотонным двигателем ровно 3 проблемы, где взять антиматерию тоннами, и из чего делать зеркала и как отвадить метеориты и прочее вещество от корабля (щиты?)… А идея блеск — до Проксимы за одну жизнь успеть можно, а с учётом замедления времени еще и останется.

                                                              +1
                                                              Я не пойму зачем в этой схеме парус? просто светите лазером в сторону обратную движению и все. Это и будет фотонный двигатель о котором я говорил нашему собеседнику уже несколько раз.
                                                              Не нужен, конечно, с ним только хуже. Ну если уж очень хочется, то почему бы не обсудить:)
                                                              У паруса с внешним источником: солнце или лазер с земли есть еще одно преимущество импульс отражения в 2 раза больше импульса испускания фотона.
                                                              Это верно. Зато и попадает на парус только мизерная часть излучения.
                                                              А с фотонным двигателем ровно 3 проблемы, где взять антиматерию тоннами, и из чего делать зеркала и как отвадить метеориты и прочее вещество от корабля (щиты?)…
                                                              Да, мелочи:) Я как раз перечитывал Стругацких давеча, у них уже тогда подробно придумывалось, как люди будущего с этим справлялись.
                                                                +1

                                                                Ну можно-же все сразу, сначала толкнем химией, потом гравманевр возле солнышка, парус откроем, с Земли пинка дадим лазером, еще и с Луны поддать жару можно, а там уже и ионный двигатель включить можно. Эх держись Илон крепче ...

                                                                  0
                                                                  Вот интересно, если ускорять чисто на гравиманеврах — типа вокруг Солнца, потом Земля, потом Юпитер-Сатурн, в какой момент скорость будет слишком велика, чтобы не черпануть атмосферы при обходе планеты.
                                                      +1
                                                      А в чем разница с тем чтобы дуть на парус или светить на него лазером с корабля? Первый импульс дают фотоны в направлении паруса, второй дает парус отражая поток. Поток отражается менее когерентно, вектора не полностью друг друга закрывают — будем двигаться в обеих случаях.
                                                        0
                                                        Возможно, вы правы. Я просто представлял стандартную картинку с вентилятором — и там разница в том, что вы используете внешний ресурс, так что в идеальном мире никуда не уплывете. Если у вас есть баллон сжатого воздуха (или ваши легкие) — тут другое дело, можете дуть, и тут разницы с лазером не будет, как вы и говорите.
                                0

                                Абзац про "Пучок фотонов проходил под прямым углом со сверхзвуковой газовой струей He (низкоэнергетический эксперимент) или N2 (высокоэнергетический эксперимент)." записад дважды, немного разными словами.

                                  –3
                                  Кстати, кто подскажет название среды распространения радиоволн? Например в космосе.
                                  Ну например для звуковых волн — это почти всё материальное (упругая деформация в среде распространения). Отчего в космосе звуков не слышно однако.
                                  На открытых источниках написано что угодно, но только не про «вещество», которое деформирует радиоволна в космосе.

                                  Моё предположение — гравитация. Варианты?
                                    +2

                                    Зачем что то предполагать, если можно открыть школьный учебник по физике?

                                      –3
                                      kAIST — Вы знаете ответ? Я хочу его услышать.
                                      (ответ: да знаю — не принимается).
                                      +3

                                      Эфир, это всем известно. Электромагнитные волны не могут же просто так распространяться в вакууме.

                                        +1
                                        Вы так говорите, как будто название играет какую-то важную роль. Да как хотите — так и называйте, лить бы этим словом в данном контексте не обозначалось что-то более другое. Ну, можете назвать это «эфир», «вакуум», «пространство» — без разницы.
                                          +3
                                          Почему гравитационное поле вы рассматриваете как возможный вариант, а электромагнитное поле нет? Среда распространения электромагнитных волн — электромагнитное поле. Колебания этого поля и есть волны.
                                            –1
                                            michael_vostrikov
                                            Магнитное или статическое поле — звучит как модуляция частотой или амплитудой. То-есть колебание или смещение уже есть (и его можно измерить) а сверху удобный способ связи.
                                            Но измерить не получается…
                                            Насчёт эфира — это примерно как земля огонь вода и ветер для индейцев. Сущность мифического плана.

                                            А вот гравитация подходит почти идеально. Приём передача электромагнитного изучения возможна только между реально существующими физическими объектами. Которые в свою очередь обладают массой и запасом энергии. Бесконечное количество связей с разным весом для каждого отдельного физического элемента. Разный вес — это вероятность связи в выбранный момент времени. Грубо говоря — гравитация между отдельными элементами работает не постоянно, но быстро перебирая все возможные связи.
                                            Это может объяснить конечную скорость света.
                                            Почему «почти», потому как шум в на физическом гравитационном уровне — наверное можно было зарегистрировать имеющимися приборами. Но оно либо слишком быстро шумит, либо шума нет вовсе.

                                            В подтверждение.
                                            Есть опыт с подвешиванием пенопластовых шариков в направленных лучах УЗ излучателей. Есть лазерные ловушки для отдельных атомов. Это работает, и принцип действия одинаковый — локальная яма.
                                              0
                                              Магнитное или статическое поле — звучит как модуляция частотой или амплитудой. То-есть колебание или смещение уже есть

                                              Нет. Магнитное поле напряженностью 0 это частный случай магнитного поля некоторой напряженности.
                                              Ну или можете назвать эту среду не "электромагнитное поле", а "способность точек пространства иметь электромагнитное поле", если вам так хочется.


                                              А вот гравитация подходит почти идеально.

                                              Гравитация это практически полный аналог электростатической составляющей электромагнитного поля. Взаимодействие 2 электрически заряженных шаров и взаимодействие 2 массивных тел описываются одинаковыми формулами, с точностью до констант и единиц измерения.
                                              Пара гравитационное+гравимагнитное поле существует независимо от пары электрическое+магнитное поле. В гравитационных полях распространяются свои волны, не электромагнитные.

                                                0
                                                Только гравитация способна изменить вектор электромагнитного излучения. Для волн на границах сред разной плотности — такой эффект тоже работает!!!
                                                А вы утверждаете что радиоволна сама материализует свою среду существования перед собой, и так-же незаметно уничтожает.
                                                  0
                                                  Только гравитация способна изменить вектор электромагнитного излучения.

                                                  Его и обычное зеркало может изменить.


                                                  А вы утверждаете что радиоволна сама материализует свою среду существования перед собой, и так-же незаметно уничтожает.

                                                  Ничего подобного. Это вы почему-то так считаете. Среда "электромагнитное поле" существует всегда в любой точке пространства. В большинстве случаев напряженность этого поля 0. Как на поверхности озера в тихий день. Если на поверхности воды в данный момент нет волн, это не значит, что они не могут там появиться или что среды их распространения нет.

                                                    0
                                                    Ну если электромагнитное поле есть везде и всегда — то принципе возможно использовать его как среду от которой можно оттолкнуться. И летать в космосе не на химических двигателях, а на невозможном ведре.
                                                    ?
                                                      0

                                                      Ну в принципе да, только сначала надо получить ненулевое возмущение поля, от которого можно оттолкнуться. И тяга все равно будет маленькой. Солнечный парус это один из вариантов. Еще есть EmDrive, похожий как раз на ведро, не знаю его вы имели в виду или нет, но он похоже не работает.

                                                        0
                                                        Ну если электромагнитное поле есть везде и всегда — то принципе возможно использовать его как среду от которой можно оттолкнуться.

                                                        На самом деле у вас тут логическая ошибка. Из существования среды распространиения электромагнитных волн следует только то, что по ней могут распространяться электромагнитные волны. Но не следует, что от нее можно оттолкнуться физической материей или каким-то другим полем.

                                                          0
                                                          Тому кто сможет собрать гравицапу — обещана нобелевская премия.
                                                          Потому я и пытаюсь смотреть на вещи под другим углом.
                                                            0

                                                            Солнечный парус уже создан и работает.
                                                            Возможность двигателя с использованием гравитационного поля никак не связана со средой распространения волн электромагнитного поля. Это просто разные поля, они существуют одновременно и независимо друг от друга.

                                              0

                                              Это не ваше, это уже было лет 60 назад — не сработало.

                                              +2

                                              Я правильно понял, что если осветить макрообъект мощным светом и обеспечить свободный отток импульса фотоэлектронов, то за счет направления импульса фотоионов мы получим "притягивающий луч" а-ля https://millerovo.net/files/u9009/ufo_jesus.jpg
                                              ?

                                              0
                                              низкоэнергетический (300–1775 эВ) на PETRA III (DESY/Немецкий электронный синхротрон) с применением света с циркулярной поляризацией.

                                              Может лучше — круговая поляризация?

                                                0
                                                Если электроны постоянно вылетают, то разгоняемый объект бесконечно положительно заряжается? Не станет сильно заряженное тело тянуть электроны на себя обратно? А не деградирует ли со временем сам материал, являясь 'топливом' этого ускорения? (мне объективно не хватает подготовки понять статью даже на половину)
                                                  0
                                                  Скорее прекратиться процесс ионизации, так как оторвать ближние к ядру электроны будет все сложнее (Авых — в формуле фотоэффекта), но если вкачать достаточно энергии — то электрон без проблем улетит оставив голое ядро, это если классически рассматривать предполагая, что электроны не сильно меняют потенциал ядра. КЭД должна дать максимально точный ответ на этот вопрос, думаю процесс ионизации будет продолжаться до полного «обдирания» ядра.
                                                    0
                                                    электроны рано или поздно закончатся…
                                                      0

                                                      А верно ли это? Можно ли полностью ионизировать, предположим атом золота, только за счет фотоэффекта?
                                                      Сразу говорю, ответа я не знаю, так как КЕД не в зуб ногой.

                                                        0
                                                        Я думаю, тут и без КЭД можно обойтись. Общая химическая интуиция говорит, что дальше валентных электронов мы не доберемся. Даже в ядерных распадах ядра не теряют всей электронной оболочки.
                                                    0

                                                    Поясните, пожалуйста, я не понял этого момента:


                                                    Ранее проводились опыты, в которых фотоны определенной длины волны выбивали из атомов отдельные электроны. Импульс этих электронов был больше, чем у фотона, который с ним взаимодействовал. <...> Тем не менее, в 1930 году немецкий ученый Арнольд Зоммерфельд предположил, что дополнительный импульс выброшенного электрона происходит из атома, который он покинул. Получается, что движение атома должно быть направлено в сторону источника фотонов, т.е. к свету.

                                                    Если p_e + p_p + p_a = 0, где p_e — импульс электрона, p_p — импульс фотона, p_a — дополнительный импульс атома, и p_e по модулю больше p_p и противоположен ему по направлению, разве это не значит, что p_a должен быть направлен "от света", в сторону импульса выбитого электрона?

                                                      0
                                                      Нет, почему же. Если p_p мал, то у вас уравнение примерно p_e + p_a = 0. Т.е. импульс атома противоположен импульсу электрона.
                                                        +1

                                                        Похоже, сам запутался в трех соснах, спасибо.

                                                      0
                                                      Это на самом деле, замечательно, что даже для микромира выполняется закон сохранения импульса и что люди проводят эксперименты подтверждающие основные принципы. То что импульс иона + импульс электрона равны импульсу поглощенного фотона — это понятно. Не очень понятно, какой резон электрону лететь с большим импульсом чем у изначального фотона. Наверное, ответ на это кроется в тех рассуждениях про матрицы перехода, которые мне, к сожалению, не очень понятны. Или может быть надо ещё записать закон сохранения энергии и посчитать там, куда чего получается.

                                                      ПС. Очень мило выглядит ссылка на скайхаб, вместо оригинального истончика.

                                                      ППС. Кроме всех этих сумасшедших энергий, насколько я понимаю, любое тело непрерывно излучает фотоны. И распределение энергий этих излучаемых фотонов зависит от температуры тела (излучение абсолютно черного тела, формула Планка). Может кто-нибудь из присутствующих подскажет: как часто атомы излучают тепловое излучение, в каком направлении и происходит ли при этом то же явление сохранения импульса? Атом получает дополнительный импульс в сторону противоположную от излученного фотона.
                                                        0

                                                        "Не очень понятно, какой резон электрону лететь с большим импульсом чем у изначального фотона. Наверное, ответ на это кроется в тех..."
                                                        Можно построить не очень верную, но более понятную аналогию в нашем мире, к примеру Луна и земля, представьте что мы мы честно (лазерной суперпушкой) толкнули луну таким удачным образом что она совершив гравитационный манёвр улетела от земли получив дополнительную прибавку в скорости за счёт гравитационного взаимодействия,. В итоге выйдет что и луна получила больший импульс, и земля в противоположном направлении.

                                                          0
                                                          Вот. Есть ещё какое-то взаимодействие, которое обеспечивает увеличение импульса. Вернемся теперь к изначальной системе. Где оно там? Видимо в атоме есть какой-то дополнительный источник энергии для этого процесса. Может быть тепловое возбуждение самого атома?
                                                        0
                                                        Допустим есть свет, некая электромагнитная синусоида.
                                                        Где там фотоны?
                                                        В 90 градусов или где?
                                                        Может ли фотон занимать насколько периодов?
                                                          +1
                                                          C точки зрения квантовой механики, у вас много фотонов, и все они «размазаны» по всей длине, которую с классической точки зрения вы называете ЭМ волной. ЭМ волна == фотоны.

                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                        Самое читаемое