Откуда берется энергия для колебания зеркал фотоном?

[adarau]

Здравствуйте, я далек от физики и изложу свой вопрос очень просто.

Пролог:
Наверное, Вы слышали про проект Стивена Хокинга и Юрия Мильнера Breakthrough Starshot https://ru.wikipedia.org/wiki/Breakthrough_Starshot

Цитата:

В рамках Breakthrough Starshot планируется запуск базового корабля, который выведет на орбиту множество небольших космических аппаратов. С земли на солнечные паруса этих аппаратов будут воздействовать лазерным лучом.

Основные концептуальные принципы, позволяющие осуществить межзвездное путешествие, были описаны ранее в Roadmap to Interstellar Flight доктора Филиппа Любина (Philip Lubin), https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.01356.pdf — электронный препринт Филипа Любина из Университета Санта-Барбары.

Вопрос:
В этом проекте подразумевается, что фотон, который ударяется о зеркальную поверхность паруса спутника, отражается и толкает парус вперед.
Как тогда можно объяснить следующее явление?:

Мы берем два зеркала и запускаем между ними фотон с некоторой энергией.
Фотон отражается N раз, затем поглощается - его первоначальная энергия полностью передается атому.
Но фотон же отразился N раз от зеркал и толкал их, приводил их в движение, на это нужно затратить энергию.
Откуда взялась эта дополнительная энергия в форме движения зеркал?

Прошу ответить на этот вопрос на уровне школьной программы, если это возможно. Спасибо.

Мой ответ (чтобы вопрос соответсвовал правилам форума) (это только мои размышления, мне хотелось бы понять мнение разбирающихся людей):
Еще я думал о том, что фотон, отражаясь от зеркала, приводит его в движение и, наверное, переизлучается, но поскольку зеркало уже двигается, то энергия этого перизлученного фотона меньше энергии первоначального фотона из-за эффекта Доплера и таким образом, энергия фотона каждый раз, при отражении падает, его частота уменшается.
Но, что если преобразовывать энергию движения зеркала, то есть отводить ее от зеркала, то тогда оно будет неподвижно и энергия фотона не должна уменьшаться.

Если Вы знаете где рассмотрен этот вопрос, доступный для понимания на уровне школьной программы, очень прошу привести точную ссылку. Спасибо.

[Munin]

Сколько энергии отдаст фотон, зависит от того, сколько он может отдать импульса. То есть, свободно ли движется то тело, от которого он отражается. Это можно на уровне школьной программы обсудить, записав одновременное решение законов сохранения энергии и импульса.

В случае светового паруса, парус летит свободно, и может ускориться.

В случае фотона в сфере, фотон толкает сферу в разные стороны, и таким образом, в целом она не ускоряется.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- заголовок не имеет прямого отношения ни к вопросу, ни к преамбуле;
- преамбула не имеет отношения к вопросу;
- отсутствуют собственные содержательные попытки ответа на вопрос.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[adarau]

Добавление от автора вопроса:

Цитата:

Еще я думал о том, что фотон, отражаясь от зеркала, приводит его в движение и, наверное, переизлучается, но поскольку зеркало уже двигается, то энергия этого перизлученного фотона меньше энергии первоначального фотона из-за эффекта Доплера и таким образом, энергия фотона каждый раз, при отражении падает, его частота уменшается.

Но как тогда работает лазер? Ведь там два зеркала - одно полупрозрачно, другое обычное. Выходит фотон который отражается от зеркал каждый раз теряет энергия, а значит у него увеличивается длинна волны => некогерентное излучение лазера. Что-то тут не так.

[Someone]

Дык, у лазера зеркала жёстко закреплены, они не могут ускоряться. Поэтому фотон при отражении не теряет энергию.

[adarau]

Someone в сообщении #1179329 писал(а):

Дык, у лазера зеркала жёстко закреплены, они не могут ускоряться. Поэтому фотон при отражении не теряет энергию.

Что значит закреплены? Зеркала же не абсолютно твердые. они подвеженны деформации, значит им сообщается часть энергии фотона на их деформацию.
Возможно эта энергия настолько мала, что она не влияет на когерентность света лазреа и не то, чтобы длинна волны фотона света, после нескольких отражений, изменилась, а не меняется даже фаза?

[Munin]

Слово "деформация" пишется через "е" и с одной "ф".

Как ни странно, закреплённости зеркала хватает, чтобы фотон отражался без потери энергии.

[realeugene]

adarau в сообщении #1179331 писал(а):

Что значит закреплены? Зеркала же не абсолютно твердые. они подвеженны деформации, значит им сообщается часть энергии фотона на их деформацию.

Из-а того, что фотонов в лазерном луче очень много, удары отдельных фотонов сливаются в одно постоянное давление на зеркала. Ситуация полностью аналогична дробовому шуму электронов в проводе, который можно заметить только при в очень слабом электрическом токе. Это постоянное давление света на зеркала резонатора, хоть и очень слабое, компенсируется корпусом лазера. Так что, да, вскоре после включения луча длина резонатора должна слегка возрасти и частота излучения должна очень незначительно снизиться. Но после того, как резонатор упруго расширится и установится механическое равновесие с давлением света, зеркала перестанут двигаться, по крайней мере, из-за давления на них света. И думаю, что из-за нагрева корпуса лазера и зеркал уход длины волны должен оказаться гораздо сильнее обсуждаемого эффекта.

Что касается передачи зеркалу механической энергии, то вспомните, что передаваемая телу механическая мощность равна произведению силы на скорость. Пока зеркало неподвижно, давление света передаёт ему импульс, но не механическую энергию. Когда парус удаляется, свет может передавать ему и импульс, и дополнительную механическую энергию.

[Alex-Yu]

adarau в сообщении #1179085 писал(а):

Но фотон же отразился N раз от зеркал и толкал их, приводил их в движение, на это нужно затратить энергию.

Правильно. Поэтом фотон немного "краснел" (уменьшал свою энергию) по мере разгона зеркал. С каждум ударом о зеркало его энергия становилась меньше (хотя и на совсем чуть-чуть). На классическом уровне можно понять как доплер-эффект (при отражении от удаляющегося зеркала частота волны уменьшается). Хотя "объяснение" с доплер-эффектом довольно условно, даже на классическом уровне тут дело несколько сложнее.

[Someone]

adarau в сообщении #1179331 писал(а):

то значит закреплены? Зеркала же не абсолютно твердые. они подвеженны деформации, значит им сообщается часть энергии фотона на их деформацию.

Разницу между "постоянным" ускорением и постоянной деформацией, надеюсь, понимаете?

[adarau]

Спасибо за ответы realeugene и Alex-Yu.
За объяснение о постоянное давление света на зеркала резонатора.

Но остался вопрос, которой я задал в первом сообщении, как на него ответить?
Правильный ход рассуждений, который был описан в вопросе?

Цитата:

Еще я думал о том, что фотон, отражаясь от зеркала, приводит его в движение и, наверное, переизлучается, но поскольку зеркало уже двигается, то энергия этого перизлученного фотона меньше энергии первоначального фотона из-за эффекта Доплера и таким образом, энергия фотона каждый раз, при отражении падает, его частота уменшается.
Но, что если преобразовывать энергию движения зеркала, то есть отводить ее от зеркала, то тогда оно будет неподвижно и энергия фотона не должна уменьшаться.

[Munin]

https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Мёссбауэра

[adarau]

Munin в сообщении #1182166 писал(а):

https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Мёссбауэра

Кто-нибудь может объяснить причем здесь эффект Мёссбауэра, кроме Munin и Someone?
Или объяснить поподробнее, как пользователь realeugene в сообщении p1179374
Или ответить на вопрос топика?
Правильная ли моя догадка:

Цитата:

Еще я думал о том, что фотон, отражаясь от зеркала, приводит его в движение и, наверное, переизлучается, но поскольку зеркало уже двигается, то энергия этого перизлученного фотона меньше энергии первоначального фотона из-за эффекта Доплера и таким образом, энергия фотона каждый раз, при отражении падает, его частота уменшается.
Но, что если преобразовывать энергию движения зеркала, то есть отводить ее от зеркала, то тогда оно будет неподвижно и энергия фотона не должна уменьшаться.

[Munin]

Вы формулируете ужасно и неграмотно, но я подсказал вам как раз случай, когда "энергию движения" преобразовывают - правда, не энергию, и не при отражении, но результат тот же: энергия фотона не меняется.