Опыты Лебедева по исследованию светового давления

Считается, что первым лабораторным подтверждением наличия светового давления являются опыты Лебедева [7].

В этих опытах свет от электрической дуги направлялся на мишени из фольги, прикреплённые к крылышкам лёгких крутильных маятников разных конструкций. Часто встречается неверное изложение процедуры: Лебедев, якобы, направлял световой поток попеременно то на одну поверхность мишени, то на другую – с периодичностью, соответствующей периоду собственных колебаний крутильного маятника – и, таким образом, раскачивал его. Судя по описанию [7], попеременность направления света на ту или иную сторону мишени использовалась не для раскачки маятника, а для смещения его нулевого положения. За время освещения с одной стороны, маятнику давали совершить одно полное колебание, замечая при этом три положения максимальных отклонений – по которым вычисляли нулевое положение. Затем свет направляли с другой стороны, и точно так же находили новое нулевое положение. Половина разности между этими двумя нулевыми положениями, как полагали, соответствовала силовому эффекту от светового давления.

Одним из главных факторов, маскировавших искомый эффект, являлись радиометрические силы [7]. Эти силы обусловлены тем, что, в прилегающем к мишени объёме, температура газа с освещённой стороны выше, чем с неосвещённой – что порождает соответствующую разницу давлений на мишень. Радиометрические силы в значительной степени ослаблялись вакуумированием баллона, в котором помещался крутильный маятник; но полностью эти силы, конечно, не устранялись. Вызывает недоумение тот факт, что величину ожидаемого эффекта из-за действия этих сил – для реальных условий опыта – автор не привёл. Тогда не могло ли оказаться, что этими силами был обусловлен весь наблюдаемый эффект?

В пользу этого подозрения мы усматриваем одно важное свидетельство. Согласно теории Максвелла, давление света зависит от коэффициента отражения r поверхности, на которую падает свет: p =(E / c)(1+r), где E – световая энергия, падающая ортогонально на единицу поверхности в единицу времени, r=0 для абсолютно поглощающей поверхности, и r=1 – для абсолютно отражающей. Для проверки этого вывода Лебедев использовал два типа мишеней: сильно поглощающих, покрытых платиновой чернью – и сильно отражающих, имевших зеркальное напыление. По сравнению с первыми, для вторых эффект от светового давления ожидался почти в два раза большим – но этого не обнаружилось. Имело место лишь незначительное превышение наблюдаемого эффекта для зеркальных мишеней по сравнению с чернёными. На основе рядов данных в [7], которые имеет смысл сравнивать, т.е. полученных для одного и того же маятника и одного и того же калориметра, измерявшего падавшую энергию, мы получили следующие средние величины эффекта (в условных единицах):

маятник N2 – (чернь) 1.55±0.07, (зеркала) 1.89±0.31;

маятник N3 – (чернь) 1.30±0.18, (зеркала) 1.70±0.24.

Как можно видеть, для маятника N2 отношение средних величин эффектов для чернённых и зеркальных мишеней составило всего-то 1.2, а для маятника N3 – 1.3. Эти цифры говорят о том, что Лебедев имел дело не с «максвелловским давлением», а, по-видимому, с остаточными радиометрическими силами.

Ещё более странное впечатление производит работа Лебедева [8], в которой он исследовал «давление света» на газы.