Спорный свет

Некоторое время назад многие российские СМИ с лёгкой руки журнала Physical Review Letters заявили о "разрешении столетнего спора о свойствах света". Но вот физики о "столетнем споре", похоже, мало что слышали.

"Эксперимент разрешил столетний спор о свойствах света", так называется статья в журнале Physical Review Letters, где сообщается о том, что в физике произошло крупное открытие: китайские ученые подтвердили правильность теории Макса Абрагама о направлении давления света на поверхность материала. Российские СМИ, конечно, не упустили возможность использовать эту статью со звучным заголовком, и вскоре появилось множество переводных "клонов" этой заметки со ссылкой на источник.

История "столетнего спора" такова. Начало прошлого века. Германия. Математик и физик, автор теоремы о выпуклом теле, понятия четырехмерного псевдоевклидова пространства и многих теоретических и практических разработок Герман Минковский изучает свойства света. Он сделал предположение о том, что импульс света пропорционален показателю преломления материала среды. Минковский, таким образом, утверждал, что проходящий свет оказывает давление на материал в направлении своего движения.

Год спустя оппонентом Минковскому выступил его соотечественник Макс Абрагам. В область его научных интересов, помимо математической физики, электродинамики, электронной теории, теории гравитации, входило также и поведение квантов света. Макс Абрагам предположил, что свет давит на поверхность в противоположном направлении. И был прав, как оказалось в последствии.

По утверждению Physical Review Letters, к ответу на этот вопрос шли долгие годы. Экспериментально доказать ту или иную точку зрения довольно сложно, учитывая слабость воздействия. В 1970-х гг опыты проводились с помощью воды. Исследование свойств света проводилось на поверхности разделения воздух-вода. Предполагалось, что если свет оказывает давление в направлении своего движения, то поверхность воды будет чуть-чуть выгибаться, а если же наоборот, как утверждал Абрагам, она должна, напротив, прогибаться. Тогда вопрос был разрешен в пользу Минковского, но вскоре выяснилось, что это лишь результат стороннего оптического эффекта. Таким образом, научная дискуссия вернулась к своему началу.

И вот китайские физики разрешили дилемму. Был проведен эксперимент, в котором воздействие света на поверхность определялось не с помощью воды, как ранее, а с использованием отрезка оптоволокна длиной около 1,5 миллиметров и шириной в 500 нанометров. Ученые предположили, что вес вещества будет настолько мал, что окажется чувствителен к воздействию света, что проявится в отклонении кончика отрезка оптоволокна. Для того, чтобы убедиться в этом, физики использовали камеру, которая с частотой десять снимков в секунду фиксировала движение вещества. Фотографии показали, что кончик отрезка изгибался в направлении, противоположном направлению распространения света. Так и был разрешен долгий научный спор.

Эта информация показалась нам любопытной, и сами собой возникли несколько вопросов. Например, действительно ли этот эксперимент "должен стать одной из классических работ, посвященных импульсу света", как утверждает авторитетный физический журнал, и что об этом думают наши специалисты? Комментарий Анатолия Шалагина, члена-корреспондента РАН и директора Института автоматики и электрометрии СО РАН подтвердил наши сомнения:

"Ни я, ни другие физики из моего окружения не слышали даже отголосков о "столетнем споре о свойствах света". На основе хорошо разработанных представлениях о квантах света (фотонах) вопрос о передаче импульса света среде решается однозначно: при прохождении среды, ограниченной плоскими параллельными поверхностями, среда получает импульс в направлении распространения света. Это следствие законов сохранения энергии и импульса. Мы посмотрели публикацию в Physical Review Letters. Эксперимент, проведенный авторами - это не прямой, а косвенный эксперимент, выводы из которого, по нашему глубокому убеждению, сделаны неверно".

Публикация ошибочных выводов – это нетипичная ситуация для такого серьезного издания. Тем не менее, она повлекла за собой появление ряда сообщений в СМИ, дезинформирующих читателей. Википедия тоже поспешила откликнуться на это "открытие": "гипотеза М. Абрагама о силовом действии света, проходящего через прозрачную среду, сперва опровергнутая в пользу Германа Минковского, была недавно подтверждена экспериментально". Ссылается же автор этой цитаты на статью, которую некоторые ученые считают некорректной. Анатолий Шалагин поясняет: "Мы имеем здесь дело с очередным перегибом (типа "остановки света"), которые ранее уже встречались. Журнал Physical Review Letters - очень серьезный и престижный физический журнал. Однако и в нем иногда появляются ошибочные работы. Обсуждаемая работа как раз попадает в их число".

По совету Анатолия Шалагина ("Иногда надо реагировать на громогласные заявления, сделанные без должных оснований"), мы и решили осветить альтернативную точку зрения на это "открытие".