А. Л. Дмитриев   Галилео Галилей   Джордано Бруно   Пауль Гербер   Георгий Никитин   Литература по гравитации  

Экспериментальная гравитация

А. Л. Дмитриев, Н. Н. Чесноков
Балтийский государственный технический  университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова,
Санкт-Петербург, Россия,  *ООО «Сартогосм», Санкт-Петербург, Россия

УМЕНЬШЕНИЕ ВЕСА ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА
ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ В НЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Экспериментально показано уменьшение веса волоконного световода (волоконного жгута) при распространении в нем излучения полупроводникового лазера с длиной волны 650 нм. При мощности вводимого в световод излучения 70 мВт и  экспозиции 20 с уменьшение  массы световода равно 6 мкг с погрешностью измерений 1 мкг. Отмечена инерционность наблюдаемого эффекта, свидетельствующая о его, по-видимому, тепловой природе.  

A. L. Dmitriev, N. N. Chesnokov

Baltic state technical University «VOENMEH» named after D.F.Ustinov,
Saint-Petersburg, Russia, *Ltd "Sartogosm", Saint-Petersburg, Russia

REDUCTION OF THE WEIGHT OF OPTICAL FIBER DURING DISTRIBUTION OF LASER RADIATION

The reduction of the weight of an optical fiber (fiber bundle) during distribution of semiconductor laser radiation with a wavelength of 650 nm is shown experimentally. With the power of radiation input into light guide of 70 mW and exposure of 20 sec., reduction of the weight of the fiber is equal to 6 µg with a measuring accuracy error of 1 µg. Inertia of the observed effect, indicating its possible thermal nature, has been detected.

Влияние гравитации на распространение света – одна из старейших проблем физики. Еще в 1801 году Йохан Георг фон Зольднер на основе корпускулярной модели излучения оценил угловое  отклонение  светового луча при его прохождении вблизи Солнца. Исследованиям действия гравитации на свет посвящено множество теоретических работ. Также известны теоретические исследования гравитационных свойств света [1]. Между тем, публикаций экспериментальных работ, предпринятых с целью «взвесить свет», в научной литературе не встречается. Это объяснимо исключительной малостью ожидаемого  релятивистского эффекта гравитационного влияния света, практически недоступного современным средствам измерений.

Высокие плотности мощности лазерного излучения и возможность его локализации посредством волоконных световодов создают предпосылки проведения экспериментов по исследованию гравитационных свойств  света с использованием современных высокоточных весов. В настоящей работе выполнено взвешивание герметичного контейнера с находящейся в нем катушке волоконного световода (волоконным  жгутом) длиной 4.6 м при вводе в световод  излучения полупроводникового лазера. Мощность лазера 70 мВт, длина волны излучения 650 нм. Входной и выходной торцы световода, в виде трех  соединенных отрезков волоконного  жгута, заключены в цилиндрические оправы диаметром 2.5 мм  и закреплены на стенках дюралюминиевого  контейнера диаметром 33 мм и длиной 49 мм. Световой диаметр торца волоконного жгута производства Лыткаринского завода оптического стекла - 1.5 мм.  Излучение лазера вводится в световод через прозрачную стенку витрины весов (компаратора) марки SARTORIUS CC50, находящихся в гермозоне при нормальных температуре и атмосферном давлении.  

Лазер периодически включался на время 20 с, после чего следовала пауза длительностью от 40 до 50 с. Отсчеты показаний весов производились с периодом 5 с. Дискретность отсчетов массы контейнера величиной  около 37.4 г  равна 1 мкг. Стабильный температурный дрейф показаний весов + 0.2 мкг/c.

    Измерения массы цилиндрического контейнера выполнялись при горизонтальной и вертикальной ориентациях его оси, что практически не влияло на полученные результаты.

Пример типичной временной зависимости изменений массы контейнера приведен на рисунке.  Вертикальными линиями отмечены моменты включения (штриховая линия) и  выключения (сплошная линия) лазера. Уменьшение веса контейнера, вызванное действием лазера, соответствует горизонтальным участкам зависимости, при которых происходит компенсация положительного дрейфа показаний компаратора.  Обращает на себя внимание инерционность наблюдаемого эффекта: уменьшение веса контейнера происходит не только во время экспозиции, но и в течение примерно 20 с после выключения лазера. Как видно из графика, уменьшение веса контейнера вследствие действия лазера составляет 6 мкг с погрешностью измерений 1 мкг.

Конструкция контейнера и теплозащита сердцевины волоконного жгута практически исключали заметное нагревание корпуса контейнера в первые  секунды после включения лазера. Поэтому причина изменения веса контейнера, по-видимому,  не связана с влиянием на него сил плавучести, а вызвана нагревом световода вследствие поглощения в нем излучения лазера. Такое уменьшение веса световода согласуется с ранее установленной  отрицательной температурной зависимостью веса тел [2,3].

Исследования особенностей изменения веса волоконного световода при распространении в нем лазерного излучения представляют большой интерес для физической и волоконной оптики, а также для метрологии массы, и должны стать предметом специальных  исследований.

Литература

  1. D. Rätzel et al. Gravitational properties of light—the gravitational field of a laser pulse   2016 New J. Phys. 18 023009.
  2. А. Л. Дмитриев, Е. М. Никущенко, В. С. Снегов  Влияние температуры тела на его вес.  Измерительная техника, № 2, 8 - 11 (2003).  
  3. 3. A. L. Dmitriev, S. A. Bulgakova   Negative Temperature Dependence of  Gravity – A Reality. World Academy of Science, Engineering  and Technology.  Issue 79, pp 1560 – 1565 (2013).

Опубликовано в "VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ФОТОНИКЕ И ИНФОРМАЦИОННОЙ ОПТИКЕ: Сборник научных трудов". - М.: НИЯУ МИФИ, 2018. – 608 с., с. 204-205.

А. Л. Дмитриев   Галилео Галилей   Джордано Бруно   Пауль Гербер   Георгий Никитин   Литература по гравитации