Фейнман - 03. Излучение. Волны. Кванты (1055663), страница 33
Текст из файла (страница 33)
У нас не может появиться формула, у которой под знаком косинуса стоит неинварнантная величина, потому что мы знаем, что значение фазы не зависит от выбора системы координат. ф В. Аберргсс(тся, Прн выводе формул (34.17) и (34.18) мы взяли простой пример, когда й ле кит в направленик движения системы координат; но мы можем обобщить теперь этн формулы на другие возможные случаи.
Пусть источник посылает луч света в определенном направлении; зто направление фиксируется ноподвижным наблюдателем, а мы движемся, скажем, по поверхности Земли в горизонтальном направлонии (фпг. 34.12,а). В каком направлении падает луч света с нашей точки зрения'.
Х!ожно получить ответ, записав четыре компоненты й п совершкв преооразования Лоренца. Но можно воспользоваться и следующим рассу;кдением: чтобы увидеть луч, следует наш телескоп повернуть на некоторый угол (фиг. 34.12, б), Почему? Потому что свет падает сверху со скоростью с, а мы двцжемся горизонтально со скоростью р, и свет пройдет «прямо» через телескоп, если последний наклонить на некоторый угол. Легко понять, что расстояние по горизонтали равно гп, а по вертикали бс. и, обозначив угол наклона через 0', мы получим 1и0'= г,гс.
Замечательно! В самом деле, замечательно, если бы не одна маленькая деталь: 0' ке есть тот угол, под которым надо установить телескоп по отношению к поверх- йе и г. об.1И Удаленний истпяник света Я. а — наблюдав.иий верее яевюдвивеяий тел скоп; б — яаблюдаемий верее теле. скок, дтокаеолийсл е боююом направлении. ностпи Земли, потому что наш анализ проводился с точки зрения неподвижного наблюдателя.
Горизонтальное расстояние, которое мы счктали равным гс, неподвижный по отношению к Земле наблюдатель найдет равным совсем другой величине, так как он пользуется. с нашей точки зрения, «сжатой!! линейкой. Из-за аффекта сокращения возникает совсем другое соотношение: (34.22) что эквивалентно с 5!ПО=— с (34. 23) З 9..11итыйьъьо свет!!ово!«вол««ь« Займемся теперь другим вопросом. В прошлых главах мы ни разу не говорили о магнитном поле световой волны. Ооычпо эффекты, связанные с магнитным полем, очень малы, однако есть один интересный и вая«ный эффект, возникающий под влиянием магнитного поля.
Пусть имеется луч света, посылаемый каким-то источником. который действует на заряд и заставляет его колебаться вверх и вниз. Предполои«им. что электрическое поле направлено вдоль оси х; тогда колебания заряда будут происходить тоже вдоль оси з: положение заряда дастся значением х, а скорость заряда есть а (фпг. 34.13), Магнитное поле направлено перпендикулярно электрическому. Электрическое поле, воздействуя на заряд, заставляет его раскачиваться вверх и вниз, а как действует магниткое поле? Магнитное поле действует только на движущийся заряд (пусть это будет, например, электрон); но электрон действительно движется, ведь он разгоняется электрическим полем, следовательно, оба поля действуют совместно. Двигаясь вверх и вниз с некоторой скоростью, электрон испытывает действие силы, равной по величине произведению Вг!?, а каково направление Полезно вам самим получить это соотношение с помощь!о преобразования Лоренца.
Описанный вьппе эффект кажущегося изменения направления луча называется аберрацией и обнаружен на опыте. Казалось бы, ьак он может проявиться? Ведь никто не знает, где ка салом деле расположена звезда. Пусть мы действительно смотрим на звезду в неправильном, кажущемся направлении, о~куда нам известно. что оно неправильное? Известно; потому, что Земля обращается вокруг Солнца.
Сегодня мы устанавливаем телескоп под одним углом, а через шесть месяцев мы дол;икы его уже повернуть. Вот откуда мы знаем о существовании э гог о эффекта. Ф и г. И.1д Двигнуи»ийся под действием электрического поля заряд, на который со стороны магнитного паля действует сила, направленная по световому лучу. сп'еч д г <г"> = с (34.24) Мы уже знаем, что свет переносит с собой энергию.
Теперь мы приходим к выводу, что свет несет также и импульс и, кроме того, импульс световой волны всегда равен энергии, деленной на с. И наоборот, при испускании света источник испытывает отдачу. Если атом иалучает энергию И' в некотором направлении, возникает импульс отдачи р = Л'/е. Пучок света, падающий по нормали к зеркалу, при отражении сообщает зеркалу в два раза большую силу. Все сказанное находится в рамках классической теории света. Мы, конечно, знаем, что существует квантовая теория и что свет во многих отношениях ведет себя как частица. Энер- 152 этой силы? Направление силы совпадает с направлением распространения света. Следовательно, падающий на заряд луч света заставляет его колебаться и, кроме того, тянет его с некоторой силой в направлении движения световой волны. Это явление носит название давления электромагнитных волн, или светового давления.
Определим величину светового давления. Она, очевидно, равна Р = дпВ или, поскольку заряд и поле осцичлируют, равна среднему по времени от Г, т. е. <Р>. Согласно (34.2), напряженность магнитного поля равна напряженности электрического поля, деленной иа с, так что мы должны найти среднее от произведения электрического поля, скорости и заряда, деленного на с: <Г> = д<зВ>/е. С другой стороны, произведение заряда е на поле В есть сила, действующая на заряд со стороны электрического поля, а произведение силы на скорость есть работа в единицу времени Я~Наг, совершаемая над зарядом! Следовательно, сила (етолкающий импульс»), сообщаемая заряду за 1 сек, равна поглощаемой энергии света за 1 еек, деленной на е! Этот закон носит общин характер, поскольку иам не надо было знать силу осциллятора, а также взаимное уничтожение действия разных зарядов.
В каждом случае, когда происходит поглощение света, возникает давление. Импульс, сообщаемый светом. всегда равен поглощаемой энергии, деленной на с: гня света — частицы — ранна частоте, умноженной на постоянную И'=.Ь « = Бок (34. 25) Раз свет переносит нмпульс, равный энергпп, деленной на с, то эффективные частицы., фо>иояьц несут пмпульс р = — = — =- л)з.
1р (3'к 2б) с с Направление пз»пульса совпаэяет, разумее«ся. с, напразлепгем раскрое«ранения света. Следовательно, мо,кпо з,щпсагь это в векторной форме И'=а«о, р= — Ь)г. (34.27) Мы знаем такя;е, что эпергня и пмпульс частицы образуют четырехвектор. Мы у:ке выяснили, что са и («тоже составл«пот четырехноктор. И очень хороио, что в оба разонства (34.27) входит одна н та жо константа; это озпачзот, что кван~оса»т теория н теоряя относптельностн согласуются друг с другом.
Уравнено о (34.27) можно придать более элегантный впд: р„=-Ы, (релятпзпстское уравненио для часыщы, которая сопоставляется полне). Хотя это соотпошеипе паппсано капп для фотонон, у которых/«(модуль )г) равно в с, а р =- И",с, на самом дело оно имеет гораздо более общий характер. В квантовой моханкке осе часпщьт, а не только фотоны проязля.от полковые свойства, причем частота и волновое число соответстзу«опгях волн связаны с энергней н п»птульсом частпцы соотношения»ш (34.27) (опи пэзызаются сооьчпотепилзгм де-бройля), даже в случае р, ке рагного )И/с. В предыдущей главе мы впделп, что свет с празой и лсзой круговой полярпзацпей также переносит молскт колк юсачаа джглссжт, по иелпчпке пропорцпопальпый энергии 8 волш«.
С кзантовой то гкп зрения пучок саста с круговой пол ярпзатпкп представляется в виде потока фотонов, ка;кдый па которых несот момент количества двнженпя — 'л, направленный по нлп против движения. Бы видите, во что превращается поляризация с корпускулярной точки зрения — фотоны обладают моментом количества движения, как зращающкеся пули впптовкн. Но картина с «пулямн» столь жо не полна, как н «волновая» картнна, п нам предстоит оосудпть эти представления более подробно в последующих главах, посвященных квантовым явлениям. Гля еи 35 ЦВЕТОВОЕ ВРЕИИЕ В 1. '1елогеческий Глаз М' 2.
11вет зависит от интенсив- ности ф А *Хелоаеческтг11 глаз 5 3. Измерение восприятия цвета 5 4. ~1иаграмма цветностп В о. Механизм цветового зрения В С. <1мгзпко-химические свойства цветового з1гепни 1И Явление цвета отчасти обусловлено физическими процессами. Мы уже говорили о цветовой гамме мыльных пленок, вызванной интерференцией.
Но цвет, кроме того, связан еще с функцией глаза и с тем, что происходит позади него, т. е. с деятельностью мозга. Физика изучав~ поведение света, пока он находится вне человеческого глаза, а наши ощущения, после того как свет попал в глаз, возникают в результате фотохимических п нервных процессов, а также психологических рефлексов. Е восприятием света связано множество интересных явлений, в которых тесно переплетаются я физические, и фиаиологические процессы, так что познавание явлений природы, воспринимаемых через зрение, выходит за рэ»кн фпзшмт как таковой.
Мы но станем извиняться за то, что собираемся несколько вторгнуться в другие области науки, потому что, как ми уже подчеркивали, науки разделены не естественным путем, а лишь из соображений удобства. Природа вовсе пе заинтересована в подооном разделении, и многие интересные явления лежат именно на стыке разных областей науки. В гл. 3 мы в общих чертах говорили о связях физики с другими наукамн; теперь мы хотим более подробно исследовать ту область явлений, где физика и другие науки исключительно тесно связаны между собой. Зта область — вослркятие света, гренке. Особое внимание мы уделим цветовому зрению. В этой главе мы в основном оудем говорить о явлениях, свяванных со зрением человека; следующая глава Ф и г. Зз.1.
Строение глаза будет посвящена физиологическим аспектам зрения как у человека, так и у животных, Зрение начинается с глаза; чтобы понять, как мы видим, нужно разобраться в устройстве самого глаза. В следующей главе мы довольно подробно будем говорить о функции отдельных частей глаза н пх связи с нервной системой. А пока кратко опишем, как функционирует глаз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
