Квантовое объяснение теории света

Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества.

Пусть на поверхность площади 𝑆 нормально к ней ежесекундно падает N фотонов частоты 𝒱. Каждый фотон обладает импульсом ℎ 𝒱 /с. Если ρ – коэффициент отражения поверхности, то ρN фотонов отразится от поверхности, (1 - ρ) N фотонов поглотится. Каждый поглощенный квант света передает поверхности импульс ℎ 𝒱 /с , каждый отраженный – импульс [( ℎ 𝒱 /с - (-ℎ 𝒱/с))]=2ℎ𝒱/с, т.к. при отражении направление импульса фотона изменяется на противоположные и импульс, передаваемый им частицами вещества составляет 2ℎ𝒱/с.

Полный импульс, получаемый поверхностью тала, составит:

(11)

Вычисляем световое давление. Для этого (11) разделим на площадь 𝑆 «крылышка»:

(1 + ρ) (12)

Если учесть, что ℎ𝒱N/𝑆=Е, то (12) примет вид:

(1 + ρ) (13).

Выражение (10) и (13), выведенные в рамках электромагнитной и квантовой теории, совпадают. Справедливость этих результатов была доказана экспериментально П. Лебедевым.

Давление естественного света очень мало. Если коэффициент поглощения поверхности близок к единице, то давление, оказываемое солнечными лучами на такие поверхности как некоторые участки Земли, составляет Па ( т.е. мм рт.ст.). Это давление на 10 порядков меньше атмосферного давления у поверхности Земли. Исключительная изобретательность позволила П. Лебедеву измерить столь малое давление. Световое давление не играет никакой роли в обычной жизни человека, но в космических и микроскопических системах его роль существенна. Внутри звезд при температуре в несколько десятков миллионов Кельвин давление электромагнитного излучения должно достигать громадного значения. В микромире давление света проявляется в световой отдаче, которую испытывает возбужденный атом при излучении им света. Гравитационное притяжение внешних слоев звездного вещества к ее центру уравновешивается силой, значительный вклад в которую вносит давление света, идущего из глубины звезды наружу.