Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
8*
227 всесторонне исследована. Но и это оказалось не вполне верным, о чем свидетельствуют статьи [147] и настоящая глава. В самом деле, широко было распространено мнение (в частности, автор сам его придерживался), что эффект Вавилова — Черенкова и аномальный эффект Доплера могут наблюдаться лишь для волн, которым отвечает показатель преломления п(со) > 1 (условие c/n<Cv<Cc). В согласии с этим в вакууме соответствующие явления считались невозможными. Между тем существуют сверхсветовые источники, движущиеся со скоростью V > с. Эти источники могут рассматриваться в широких пределах на тех же основаниях, что и «обычные» источники, движущиеся со скоростью и < с. Конкретно, сверхсветовые источники способны порождать излучение Вавилова — Черенкова в любой среде, в том числе в вакууме или при условии и (со) < 1. Сверхсветовые источники общего типа обладают в делом теми же особенностями, что и источники, движущиеся со скоростью с/п <. V •< с (аномальный эффект Доплера и т. д.). С точки зрения теории излучения существенное отличие сверхсветовых источников "(о > с) от досветовых (v < с) заключается в том, что сверхсветовой источник не может представлять собой отдельную «элементарную» частицу и поэтому всегда является протяженным. Именно размеры сверхсветового источника в первую очередь и определяют, особенно при излучении в вакууме, коротковолновую границу излучаемого спектра. В этой связи трудно надеяться на использование сверхсветовых источников, например, для генерации рентгеновских лучей (подобная возможность могла бы показаться соблазнительной, поскольку стремление на высоких частотах показателя п(со) к единице, препятствующее для источников с V <[ с использованию эффекта Вавилова—Черенкова в рентгеновской области, не играет столь критической роли при V > с). Мы не были бы удивлены, однако, если бы в будущем нашлись те или иные интересные применения и для сверхсветовых источников. Кроме того, сверхсветовые источники могут встретиться в астрономии. Независимо от этого, изучение таких источников (с V > с) электромагнитных и гравитационных волн (а, возможно, и нейтрино) и вся совокупность возникающих здесь вопросов представляет, по нашему мнению, несомненный физический интерес. Глава 10 РЕАБСОРБЦИЯ И ПЕРЕНОС ИЗЛУЧЕНИЯ
Реайсорбция и лазерный эффект (усиление волн). Уравнения переноса излучения. Метод коэффициентов Эйнштейна и его применение в случае поляризованного излучения. Реабсорбция и усиление синхротронного излучения в вакууме и при наличии холодной плазмы.
При рассмотрении синхротронного излучения совокупности частиц (см. гл. 5) мы считали, что различные релятивистские электроны излучают независимо друг от друга (или, как говорят, излучают некогерентно). Это относится не только к излучению в вакууме, но и к излучению при учете влияния нерелятивистской (холодной) плазмы (см. гл. 6). Между тем, если на луче зрения находится достаточно большое количество излучающих частиц, то начинает сказываться поглощение и вынужденное (индуцированное) излучение самими излучающими частицами. Этот процесс обычно называют реабсорбцией. Реабсорбция может в принципе существенно изменить интенсивность и поляризацию излучения. Более того при некоторых условиях возможна отрицательная реабсорбция, т. е. усиление излучения. Такое усиление, или отрицательную реабсорбцию, называют также мазерным эффектом. Разумеется, характер реабсорбции тесно связан с природой самого рассматриваемого излучения, т. е. в случае реабсорбции синхротронного излучения излучающими считаются заряженные релятивистские частицы, движущиеся в магнитном поле. Не только такое излучение, но и его реабсорбция могут существенно изменяться, если помимо релятивистских электронов в излучающей области имеется также холодная плазма. Например, в случае излучения в вакууме реабсорбция в любой системе релятивистских электронов, изотропной по направлению их скорости, положительна (т. е. в этих условиях имеет место поглощение). При наличии же холодной плазмы реабсорбция синхротронного излучения уже может стать отрицательной. Это означает, что соответствующая система (например, слой или облако) релятивистских электронов с изотропным распределением скоростей будет действовать подобно мазеру.
В явном виде ниже будет обсуждаться лишь реабсорбция синхротронного излучения (при этом мы в значительной мере
229 следуем статье [496]), но фактически многое относится к излучению любой природы. Перенос и реабсорбция излучения довольно подробно рассматриваются в легко доступных монографиях [56, 154], что позволяет нам ниже почти не приводить ссылок на оригинальную литературу, а также опустить ряд подробностей и пояснений.
При исследовании реабсорбции часто используются усредненные по всем направлениям выражения для интенсивности излучения отдельной частицы. Условия применимости и даже сам характер такого подхода заранее неясны, а для определения изменений поляризации он вообще непригоден. Достаточно сказать, что синхротронное излучение имеет все же не дельта-образное угловое распределение, причем его поляризационные свойства существенно зависят от угла -ф = % — а между направлением скорости и направлением излучения (см. (5.21) — (5.23)). Поэтому при исследовании реабсорбции (и особенно отрицательной реабсорбции) с учетом поляризации излучения необходим более строгий анализ угловых и поляризационных свойств синхротронного излучения. Нужно еше добавить, что холодная плазма, находящаяся в магнитном поле, анизотропна (магнито-активна) и далеко не всегда даже в слабом поле ее можно в достаточно хорошем приближении считать изотропной с показателем преломления п 1 — ®p/2co2• Особенно чувствительны в этом отношении поляризационные характеристики, ибо вращение плоскости поляризации (эффект Фарадея) является интегральным эффектом — нарастает с длиной проходимого волной пути (см., например, [84] и гл. 12).
