Свет с точки зрения механического воздействия оказался «двуликим Янусом» – излучение в разных условиях может и тянуть на себя, и отталкивать среду, в которой он распространяется, говорится в статье, опубликованной в New Journal of Physics.

Ученые больше 100 лет спорили о том, какое механическое воздействие оказывает свет на среду, сквозь которую он проходит. Еще в 1908 году Герман Минковский (известный в основном своими работами, связанными с теорией относительности) предсказал, что свет должен «тянуть» среду на себя, в сторону источника света. Но в 1909 году немецкий физик Макс Абрахам выступил с противоположной гипотезой, заявив, что свет должен оказывать «толкающее» воздействие.

Энергия фотона равна произведению его частоты на постоянную Планка, а импульс, в соответствии с формулой Эйнштейна должен быть равен этой величине, деленной на скорость света. Однако это верно только для среды, где показатель преломления равен 1, в случае, если индекс больше 1, импульс меняется. Теория Минковского гласит, в этом случае импульс должен пропорционально увеличиться, а Абрахама – уменьшиться.

До сих пор большинство экспериментов показывал правоту Минковского. Однако теперь группа физиков из Китая и Израиля впервые обнаружили признаки противоположного эффекта.

Идея эксперимента, который они поставили, состояла в точном измерении колебаний поверхности жидкости, на которую падало излучение, точнее за тем, «вдавливается» или поднимается поверхность в пятне света.

Результаты исследования показали, что свет может действовать в соответствии с теорией Абрахама – в том случае, если луч света оказывается достаточно широким, а сама жидкость (эксперимент проводился с водой и маслом) находится в достаточно широком контейнере. Однако в другом режиме, где, как в прежних экспериментах, использовались узкие световые пучки и маленькие контейнеры свет демонстрировал «вытягивающую» силу, в соответствии с теорией Минковского.

Ученые пришли к выводу, что механическое воздействие света на среду зависит не только от света, но и от среды. Если контейнер и пятно контакта достаточно широки, и жидкость может двигаться, «работает» механизм Абрахама, если поверхность жидкости достаточно мала – «включается» Минковский.

«Мы получили экспериментальные свидетельства, что передача момента импульса от света к жидкости ведет себя как настоящий двуликий Янус: сценарий Минковского или Абрахама может проявляться в очень похожих экспериментах», – пишут авторы исследования.

Они отмечают, что их работа помимо чисто научного значения – разрешения столетнего спора и получения новых данных о природе света, имеет и большое прикладное значение. Хорошо изученный эффект может использоваться в различных оптомеханических устройствах, например, для манипуляции микроскопическими объектами с помощью света, для биомедицинских и наноинженерных целей.