Spiegelproblem des Strahlungsdrucks

Wenn zwei perfekte Spiegel einander zugewandt angeordnet und nahe beieinander sind und Photonen (fragen Sie mich nicht wie) zwischen ihnen und auf einen von ihnen wandern, was verhindert dann, dass der Strahlungsdruck unglaubliche Höhen erreicht?

Ich bin hier vielleicht weit von der Basis entfernt, weil ich neu auf diesem Gebiet bin. Ich habe gehört, dass sich der Strahlungsdruck auf einem Spiegel verdoppelt.

Wenn dies der Fall ist, führt ein Laserstrahl, der in einem beliebigen Winkel auf einen Spiegel fokussiert wird, dazu, dass der Spiegel auf eine von zwei Arten beschleunigt – nicht mehr.

Dies verstößt auch gegen die Energieerhaltung und ist daher nicht gültig.

Was meinst du mit "den Spiegel dazu bringen, auf eine von zwei Arten zu beschleunigen "?
Wenn ein Photon in einem Winkel auf einen Spiegel trifft, prallt es im entgegengesetzten Winkel zurück, sodass es nur zwei mögliche Wege für den perfekten Spiegel gibt (je nachdem, welche Seite beleuchtet wurde). Oder zumindest scheint es mir so.
@Velox Es gibt nur eine mögliche Art zu reisen; senkrecht zur reflektierenden Oberfläche.

Antworten (2)

Es braucht doppelt so viel Impuls, um ein Photon von dort zurückprallen zu lassen, wo es hergekommen ist, als es nur zu absorbieren. Der Strahlungsdruck beim Reflektieren eines Photons ist also doppelt so hoch wie beim Absorbieren eines Photons. Zwei gegenüberliegende Spiegel haben also einfach doppelt so viel Strahlungsdruck wie zwei absorbierende Flächen. Der Druck wächst nicht weiter.

Wenn die Spiegel beschleunigt werden, werden die Photonen bei jeder Reflexion rotverschoben, schließlich bis zu dem Punkt, an dem sich ihre gesamte Energie und ihr Impuls in den Spiegeln befinden und kein Licht mehr vorhanden ist.
Ok, aber da sie tonnenweise hin und her hüpfen, leisten sie nicht auch viel mehr Arbeit, als ihre Energie zulässt? Ein starker Lichtblitz würde die Spiegel auf hohe Geschwindigkeit beschleunigen? Der Rotverschiebungseffekt wird unglaublich gering sein, bis unglaubliche Geschwindigkeiten erreicht werden.
@Velox "leisten sie nicht viel mehr Arbeit als ihre Energie?" Nein. Das hat Michael gesagt. Bei jedem Aufprall leisten sie ein wenig Arbeit und *verlieren die gleiche Menge an Energie (und werden daher etwas niedriger in der Frequenz). Dieser (winzige!) Effekt wird normalerweise ignoriert, weil die Massen der Spiegel im Vergleich zur Photonenenergie so groß sind, dass wenig Energie übertragen wird, aber Sie haben ein Problem geschaffen, bei dem er nicht ignoriert werden darf.
Also, ich denke, ich werde es als Antwort festlegen. Da macht es Sinn? :D
Dein letzter Satz ist irreführend. Die beiden einander zugewandten Spiegel weisen einen höheren Strahlungsdruck auf als eine Konfiguration, die nur einen einzigen Rückprall ergibt. Es wird jedoch nicht unendlich, da die Photonen bei jedem Aufprall rotverschoben werden und die Spiegel einen gewissen Verlust aufweisen.
@ChrisMueller, ich glaube nicht. Der Druck wird durch die Kollisionsrate bestimmt, nicht durch die Gesamtzahl der Kollisionen. Da die Photonenzahl erhalten bleibt, wächst der Druck nicht weiter.
@DilithiumMatrix Ich verstehe, in diesem Fall hast du Recht. Ich ging implizit davon aus, dass es eine stetige Lichtquelle gibt, die mehr Photonen in das System pumpt. Vielleicht könntest du das in deiner Antwort deutlicher machen. Im Falle einer stationären Quelle wächst dann die Intensität (und der Druck) in der Kavität weiter, bis sie ein Gleichgewicht mit den Verlusten erreicht.

Das ist spät, aber Ihre Intuition war richtig. Der auf beide Spiegel ausgeübte Druck wird mit der Anzahl der Lichtreflexionen multipliziert, wobei die Rotverschiebung ignoriert wird.

In der Praxis bedeutet dies nicht, dass Sie einen unendlichen Schub erhalten, da keine zwei Spiegel zu 100 % effizient reflektieren oder perfekt ausgerichtet sein können.

Die Idee funktioniert jedoch immer noch, und es wird tatsächlich geforscht, dieses Phänomen für den Weltraumantrieb zu nutzen:

http://en.wikipedia.org/wiki/Photonic_laser_thruster

Selbst bei 100% effizienter Reflexion gibt es keinen unendlichen Schub.
Ich nehme an, der Abstand zwischen den Spiegeln würde die Kraft aufgrund der Lichtgeschwindigkeit begrenzen.
Siehe die Kommentare zu meiner vorherigen Antwort . Der Druck erhöht sich nicht bei jedem Aufprall - weil vermutlich die Photonenzahl erhalten bleibt (da das Problem keine Injektion spezifiziert).
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