Фейнман - 03. Излучение. Волны. Кванты (1055663), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Предположим далее, что мы направили подобный пучок света (импульсы излучения возникают через болыпие приме>кутки времени, так что для простоты возьмем один такой импульс) на днфракционпую решетку, состоящую из множества рассеивающих линий. Какая картина возникнет после прохождения излучения через решетку? (Казалось бы, мы должны увидеть красные, синие полосы света и т. д., если вообще мы будем видеть свет.) А что мы увидим на самом деле? Импульс излучения попадает прямо на решетку, и все осцилляторы на линиях решетки начинают одновременно бе|пена колебаться туда и обратно.
При этом они излучают в разных направлениях, как показано на фиг. 34.5. Но точка Р располоясепа ближе к одному копну решетки, и поэтому излучение попадает в нее сначала от А, потом от Хг' и т. д., наконец, последним приходит импульс от самой крайней линии. В итоге совокупность всех отраженных воля принимает такой впд, как показано на фиг. 34г.б,а. Это электричоское поле, состоящее из целого ряда импульсов, очень походит на сннусоидальную волну, причем длина волны есть расстояние меясду соседними импульсами, точь-в-точь как у монохроматической волны, падающей на дифракционную решетку! Таким образом, мы действительно увидим свет окрашенным. Но те же аргументы. казалось бы, позволяют думать, что «импульсы» любой формы создадут Ф и в.
8е.д, Суммирное влектрическое поле от совокупности острие импульсов (а) и импульсов сладкой гдорлги (6). гав Ф и с Ейлд Крабовиднан нгуманноггны Сня~по бег Яизнгняа. видимый свет. Нет, это не так. Предположим, что пики гораздо более гладкие; давайте снова сложим все рассеянные волны, разделенные небольшими временнйми интервалами (фиг.
34.6,б). Тогда мы увидим, что поле почти не испытывает колебаний и представляет собой весьма гладкую кривую, потому что каждый иыпульс мало меняется за промежуток времени между приходом двух соседних рассеянных волн. Электромагнитное излучение, испускаемое релятивистской заряженнои частицей, которая вращается в магнитном поле, называется сггнхротронным излучением.
Происхождение атого названия очевидно, хотя такое излучение возникает не только в синхротронах и дая'е не только в условиях Земли. Весьма интересно и увлекательно то, что оно возникает и во Вселенной! ф и. Кос.итггмеское стнссроптргоныое ын.т17четьые К 1054 г. нашей зры китайская и японская цивилизации были одними из самых передовых в мире: китайцы и японцы уже тогда следили за явлениями во Вселенной, и в этот самый год они зафиксировали замечательное событие — внезапное появление яркой звеады. (Любопытно, что ни один из европейских монахов, которые написали в средние века столько книг, и не подумал отметить это событие.) Как выглядит родившаяся звезда в настоящее время, покааано на фиг.
34.7. Снаружи видно большое количество красных нитей, которые создаются атомами тонкой газовой оболочки, излучающими при своих Ф и в. дйд. Крабовидная тхлган. ность. Снлто вер е сикий мил г тр и ноллроид. а — електринеский вектор нанравлен еертгии ьио; б — влектриве вий век" тор направлен но горшонтали, собственных частотах; спектр излучения состоит из ярких отдельных линий.
Красный цвет обязан своим появлением азоту. А вот в центре светится странное размазанное пятно, излуетающее в непрерывном спектре частот, т. е. частоты, свойственные разным атомам, никак не выделены. Пятно это — вовсе не облако пыли, отражающее свет от соседних авезд, что в«огло бы тоже привести к непрерывному спектру излучения. Сквозь это образование можно увидеть звезды, значит, оно прозрачное и само излучает свет. На фкг. 34.8 показан тот гке объект, но теперь снятый в лучах участка спектра, где нет ярких линий, т. е. фактически видна только центральная часть.
Кроме того, снимки делались через поляризатор, и два представленных снимка соответствуют двум взаимно перпендикулярным ориентациям поляризатора. Легко заметить, что снимки разные! Таким образом, приходящий к нам свет поляризован. Причина этого эффекта предположительно состоит в том, что в туманности имеется местное магнитное поле, где крутится мно»кество очень быстрых элоктронов. Мы только что объяснили, каким образом электроны двигкутся в поле по окружности.
Если к атому движению добавить любое равномерное движение в направлении полн, излучение поля не изменится, поскольку сила гт». Х В не имеет компоненты вдоль поля, а синхротронное излучение (как мы улке отмечали) всегда поляризовано под грэмым углом к направлени|о проекции магнитного поля на плоскость зрения. Сопоставляя оба эти факта, мы видим, что на участке, где один снимок светлый, а другой темньш, электрическое поле света должно быть полностью поляризовано в одном направле. нии. Это значит, что перпендикулярно указанному направлению имеется магнитное поле, а в тех участках, где второй снимок имеет светлое пятно, магнитное поле направлено по-другому, При внимательном изучении фиг.
34.8 можно заметить, что здесь имеется, грубо говоря, ряд «гчиний», идущих в одном на- правлении на первом снимке и в перпендикулярном к нему направлении на втором снимке. Изображения имеют как бы волокнистую структуру. Можно думать, что магнитные силовые линии продолжаются довольно далеко в одном и том же направлении и поэтому, вероятно, возникают вытянутые участки магнитного поля, где электроны закручиваются в одном направлении, а в областях с другим направлением поля электроны закручиваются по-иному. Почему энергия электронов остается болыпой столь долгое время? Ведь с момента взрыва прошло уже 900 лет; как же получилось, что электроны крутятся все так же быстро? Причина такой продолжительности всего процесса в целом и сохранения электронами нх большой энергии, в частности, до сих пор еще не совсем понятна.
ф б. Тсгрмозггое ыилучннчге Мы кратко расскажем еще об одном интересном эффекте, связанном с излучением быстродвижущейся частицы. По существу, этот процесс очень похож на только что описанное излучение. Предположим, что имеется материал, содержащий заряженные частицы и мимо пролетает очень быстрый электрон (фиг.
34.9). Тогда под действием электрнчоского поля ядра электрон будет притягиваться и ускоряться, и на траектории появится изгиб. Чему будет равно излучение электрического поля в направлении С, если скорость электрона близка к скорости света? Вспомним наше правило: мы должны взять истинное движение, перенести его назад со скоростью с, н тогда мы получим кривую, производная которой определяет электрическое поле. Электрон примчался к нам со скоростью и, следовательно, при переносе получается обратное движение и вся траектория сожмется во столько раз, во сколько с — г меньше с.
Таким образом, при 1 — о/с((1 кривизна кажущейся траектории в точке В' очень велика, и, взяв вторую производную, мы получаем мощное излучение в направлении движения. Следовательно, при прохождении через среду электроны болыпой энергии излучают вперед. Это явление называется тормозным излученлгем. На практике синхротроны используются не столько для получения электронов большой йг и г. дд.9, Быстрый глектрон, пролетающий вдлигге от лдра, излучает в направлении своего деипсениа.
энергии (возможно, если бы их лучше умели выводить из синхротрона, мы бы этого не стали говорить), сколько для рождения энергичных фотонов, или у-квантов, в процессе прохождения электронов через плотные мишени, где они испускают тормозное излучение. ф 6. Эффемтке Доптлера со = — ' (34. 10) 1 — о,'с ' Мояско, конечно, объяснить этот эффект и другими способами. Пусть, например, тот же атом испускает не синусоидальную волну, а короткие импульсы (пип, пип, пип, пип) с некоторой частотой соь С какой частотой мы будем их воспрнниматьу Первый импульс к нам придет спустя определенное время, а второй импульс придет уже через более короткое время, потому что атом за это время успел к нам приблизиться.
Следовательно, промежуток времени между сигналами <шип» сократился за счет движения атома. Анализируя эту картину с геометрической точки зрения, мы придем к выводу, что частота импульсов увеличивается в 1/(1 — в/с) раз. в в' А г о Ф и г, оо.лО. Деиекение осциллято- оа е клоскости к — с и Е клоскости .' — х Рассмотрим теперь ряд других аффектов, связанных с движением источника. Пусть источник представляет собой покоящийся атом, колеблющийся со своей обычной частотой юо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
