[вернуться к содержанию сайта]

С.А. Семиков
Радиофизический факультет, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Н. Новгород, Россия
(тезисы доклада от 17 сентября 2013 г. на форуме молодых учёных ННГУ)
см. презентацию доклада в формате PPT под MS PowerPoint

    Эффект трансформации длительности электромагнитных воздействий от ускоренно движущегося источника был предсказан В. Ритцем в 1908 г. на базе баллистической теории света [1; 2]. Согласно ей источник дополнительно сообщает свою скорость v испущенному свету, движущемуся относительно источника со стандартной скоростью c (скорость света), а относительно приёмника – со скоростью c + v. Тогда при ускоренном движении источника к наблюдателю волновые фронты, приобретая в моменты испускания всё большие скорости, догоняют друг друга, сокращая длину волны и длительность импульса. Если ускорение источника направлено от наблюдателя, гребни световых волн расходятся, наращивая длину волны и длительность импульса. Из кинематики и закона сохранения энергии следует закон изменения длительности Δt, длины волны λ и мощности P импульсов света [2]:

,                (1)

где a_r – лучевое ускорение источника, L – путь света. Эффект (1) назовём эффектом Ритца.

    В земных условиях эффект мал, т.к. в знаменателе (1) стоит квадрат скорости света. Но он заметен на космических дистанциях L. Так, у галактик, в видимых участках ядер которых ускорения направлены от нас к центрам галактик (a_r > 0), длины волн λ' росли бы пропорционально дистанциям L галактик. Этот эффект (1) подобен закону красного смещения λ' = λ(1 + LH/c), открытому Э. Хабблом, который отрицал его космологическую природу. Коэффициент пропорциональности H = 75 (км/с)/Мпк (постоянная Хаббла) близок к коэффициенту a_r/c, рассчитанному по ускорениям a_r = V²/R в галактиках. Взяв за образец нашу Галактику, характеристики которой типичны для спиральных галактик, а ядро имеет радиус R = 0,002 Мпк и окружную скорость V = 210 км/с, получим расчётное значение постоянной Хаббла H_с = a_r/c≈74 (км/с)/Мпк, близкое к измеренному H. При лабораторных дистанциях L и ускорениях a_r эффект (1) столь мал, что регистрировался бы лишь по эффекту Мёссбауэра. Действительно, в опыте Бёммеля при ускорении a_r источника γ-лучей наблюдался сдвиг их длины волны на поглотителе (λ' – λ)/λ = La_r/c², пропорциональный дистанции L [1]. То есть лабораторные эксперименты не противоречат эффекту Ритца.

    Для трансформации Δt, λ и P в разы в (1) следует обеспечить La_r/c² ~ 1 и a_r = c²/L ~ 10¹⁷ м/с², при дистанциях L ~ 1 м. Это ускорение легко сообщить электронам или ионам, переизлучающим свет. В электрическом поле E ускорение a = Ee/m электрона (где e/m = 1,76·10¹¹ Кл/кг – его удельный заряд) достигнет 10¹⁷ м/с² при E ~ 10⁶ В/м – величины легко реализуемой. Установка по проверке эффекта Ритца и трансформации света должна представлять собой вакуумную камеру, где пучок электронов или ионов приобретает в электрическом поле ускорение ~10¹⁷ м/с². Лазерное импульсное излучение с длиной волны λ и длительностью импульса Δt ~ 1 пс фокусируется на пучке и претерпевает томсоновское рассеяние на электронах (или ионах), становящихся вторичными источниками излучения. Их свет свободно пролетает в вакууме дистанцию L ~ 1 м до светофильтра (задерживающего излучение длины волны λ), попадает в спектрометр или детектор, которые в случае справедливости эффекта Ритца зарегистрируют сигнал изменённой длительности Δt' и длины волны λ' (1). При a_r≈-c²/L малая вариация a_r, вызванная изменением E или L, ведёт к сильному изменению λ', что открывает простой способ перестройки длины волны из оптического в УФ-, рентгеновский и гамма-диапазон. При обратном знаке поля и ускорения λ' растёт, что позволит трансформировать оптическое излучение в ИК и терагерцовое.

    Ускорение электронов, атомов или наночастиц можно вызвать и световым давлением p = 2I/c. Оно сообщает частице радиуса r ~ 10^–9 м, плотности ρ ~ 10³ кг/м³ и массы m = 4πr³ρ/3, ускорение a = pπr²/m ~ I/ρcr ~ 10¹⁷ м/с² уже при интенсивности I ~ 10¹⁶ Вт/см², достижимой в фемтосекундных импульсах [3]. Тогда лазерный свет одновременно ускоряет частицы и, после переизлучения ими, трансформируется по эффекту Ритца. Так как световое давление осциллирует на удвоенной частоте колебаний светового поля, эффект Ритца (1) не только повысит частоту, но и исказит профиль излучаемой волны, формируя нечётные гармоники несущей частоты. Это реально наблюдают в генераторах аттосекундных импульсов, где в сфокусированном луче фемтосекундного лазера атомы и наночастицы под действием светового давления приобретают гигантские ускорения, вплоть до 10²³ м/с² [3]. Выходит, регистрируемые в них импульсы рентгеновского излучения аттосекундной длительности могут преобразоваться из фемтосекундных оптических импульсов и по эффекту Ритца (1). Выяснить основной механизм генерации импульсов можно, изучив зависимость спектра от расстояния L и от ускорения a_r (от величины светового давления).

1. Франкфурт У.И., Френк А.М. Оптика движущихся тел. М.: Наука, 1972. 212 с.

2. Семиков С.А. // Тр. XIV-й научн. конф. по радиофизике. 7 мая 2010 г., С. 188–190.

3. Крюков П.Г. Фемтосекундные импульсы. М.: Физматлит, 2008. 208 с.

см. презентацию доклада в формате PPT под MS PowerPoint

Дата установки: 20.09.2013
[вернуться к содержанию сайта]

W