?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

arxiv:1104.3099 Закручивание света вокруг вращающихся черных дыр (Twisting of light around rotating black holes)
Authors: Fabrizio Tamburini et al.
Comments: 18 pages (11 pages in form of an Appendix). Total number of figures: 5, Nature Physics Volume: 7, Pages: 195-197 Year published: (2011)

Авторы обсуждают ноывй релятивистский эффект, связанный с распространением света в окрестности вращающихся черных дыр. Это т.н. "орбитальный момент фотонов". На самом деле, речь идет лишь о "похожести" соответствующей математической записи (также как спин электрона не означает его вращения вокруг своей оси). Эффект связа с топологическими свойствами волнового фронта. Авторы обсуждают, как можно пронаблюдать эффект (для этого нужен или космический телескоп, или очень хорошая адаптивная оптика). Обнаружение эффекта позволит определять спин черных дыр.

http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/255.html#arxiv/1104.3099

Comments

( 28 comments — Leave a comment )
igorivanov
Apr. 18th, 2011 07:26 am (UTC)
Сергей, не путай людей! Орбитальный угловой момент фотонов — это настоящая закрученность, это совсем не спин. Я как-то кратко описывал в блоге: см. http://igorivanov.blogspot.com/2008/06/blog-post_29.html в конце поста. Кстати, орбитальный угловой момент фотонов уже давно используют в астрофизике.

Электроны, кстати, тоже бывают закрученными, их научились получать несколько месяцев назад.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 07:47 am (UTC)
Спасибо за ссылку.

Что ОУМ используют в астрофизике - верно (кому интересно, в обсуждаемой статье есть ссылки).

Но я совсем не соглашусь, что я кого-то путаю :)
Во-первых, я нигде не пишу, что ОУМ фотона - это спин.
Я пишу, что также как спин - это вовсе не "вращение электрона вокруг своей оси", точно также и ОУМ - это вовсе не то же самое, что вращение кирпича вокруг Земли. На мой взгляд, речь таки идет о похожести, но не о полной аналогичности. Если я тут ошибаюсь - развей.
igorivanov
Apr. 18th, 2011 08:25 am (UTC)
Запутал ты или нет — надо, конечно, спрашивать у людей, которые прочитали твой коммент, увидели предостережение и отсылку к спину в одном предложении и попытались понять, против чего именно ты предостерегаешь. На мой взгляд, самое естественное ощущение при прочтении — подумать, что это какой-то «не тот» угловой момент, не связанный с вращением в пространстве.

На самом деле этот тот самый момент. Насчет кирпича: если он движется вперед и при этом вращается вокруг направления движения, то — введя волновую функцию этого мифического кирпича, вращащегося как единое целое — ты получишь те же спиральные поверхности постоянной фазы. Так что различие не в том, что тут какой-то особый угловой момент, а в том, что за объект вращается.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 08:55 am (UTC)
но уже сам факт безмассовости фотона делает ситуацию лишь "похожей", на мой взгляд. Я думаю, что проще запутать, как раз не оговорив отличие от привычного орбитального углового момента.
igorivanov
Apr. 18th, 2011 09:10 am (UTC)
Я еще раз говорю — отличие не в том, что это за угловой момент, а в том, что за объект. Орбитальный угловой момент тот же самый, предмет — другой.

Более того, несмотря на безмассовость фотона, можно записать такие монохроматические состояния фотонов (или перейти в такую систему отсчета для любого заданного закрученного фотона), которые в среднем никуда не летят — ни вперед, ни назад, ни вбок, — а только крутятся на месте.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 09:32 am (UTC)
Давай я по-другому спрошу, и про другое.
Вот про обычный спин частицы ты бы сказал, что это "похоже" на вращение, или это и есть вращение, но важно ЧТО вращается?
oude_rus
Apr. 18th, 2011 10:42 am (UTC)
Сергей, я думаю, тебе твой оппонент пытается указать на то, что спин фотона (т.е. поляризацию) разумно связывать со спином электрона, а вот с чем сравнивть орбитальный угловой момент фотонов - не очень понятно, поскольку тут речь идет уже не о частице, а скорее волне (волновом фронте).
sergepolar
Apr. 18th, 2011 10:47 am (UTC)
Дык, с этим-то я согласен. Но боюсь, что Игорь с тобой не согласится, как не соглашается со мной.
Я действительно не смог придумать лучший пример, чем спин, но мне казалось важным как-то объяснить кавычки у "орбитального углового момента", поскольку я уверен. что запутать можно. если не оговаривать, что это все-таки не тоже самое, что обычный орбитальный угловой момент, равно как (это единственная приходящая мне в голову аналогия, которую все знают) и спин не тоже самое, что просто собственное вращение.
eugenebo
Apr. 24th, 2011 11:19 pm (UTC)
А можно я по-простому спрошу?

Вот у меня есть макроскопический вполне кирпич. И на него упало и поглотилось им множество этих самых фотонов с "орбитальным угловым моментом". Закрутится ли сам кирпич? А если заменить на просто поляризованные фотоны?
oude_rus
Apr. 18th, 2011 10:43 am (UTC)
ps "связывать" - в смысле "проводить аналогию"
sergepolar
Apr. 18th, 2011 10:48 am (UTC)
у меня все-таки спин сравнивается с собственным вращением, а не с "орбитальным угловым моментом" для фотонов.
Т.е., есть две пары :
1. ОУМ для фотонов- нормальный орбитальный угловой момоент
2. спин в квантовом смысле - собственное вращение
oude_rus
Apr. 18th, 2011 11:18 am (UTC)
я понял, что пытался сказать ты; но я пытался сказать, что аналогия не очень удачная, поскольку классическая вещь сравнивается с квантовой. "Кручащейся кирпич" сверху эту разницу наглядно показывает.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 12:15 pm (UTC)
А что классическое? ОУМ для фотонов? Так он все равно через операторы рожедния-уничтожения записывается.
oude_rus
Apr. 18th, 2011 01:14 pm (UTC)
разумеется, любую классическую вещь можно записать через квантовую, и иногда (часто) это даже удобнее (для вычислений). Но не наоборот.
antihydrogen
Apr. 18th, 2011 01:02 pm (UTC)
Я другом месте ответил хозяину журнала примерно так: фотоны, получая орбитальный момент, уносят момент импульса черной дыры, так что утверждение, что орбитальный момент "какой то не такой", совершенно неверно
sergepolar
Apr. 18th, 2011 01:08 pm (UTC)
ну а если я скажу так.
Допустим у вас произошло нечто (распад ядра, коллапс и тп.), что привело к выделению энергии в виде фотонов и уменьшению массы.
Ведь нельзя говорить, что "улетевшие фотоны несут массу". Можно ввести, конечно, эффективную массу, но это "не та масса".

Мне кажется все-таки существенным, что само свойства фотона с орбитальным моментом достаточно отличается от свойств кирпича на орбите, чтобы говорить о том, что нет полной эквивалентности.
antihydrogen
Apr. 18th, 2011 01:34 pm (UTC)
Хех, Окуня видимо еще долго будут поминать и к месту, и не к месту. :)

Чтобы не впадать в бессмысленные споры насчет того, что считать массой: уменьшение полной энергии дыры равно полной энергии улетевших фотонов, то что у дыры эта энергия была в форме массы покоя, а у фотонов - в форме кинетической энергии, это еще не повод считать что фотоны унесли не энергию, а "т.н. энергию".
oude_rus
Apr. 18th, 2011 01:21 pm (UTC)
если я правильно понял (могу и ошибаться, поскольку читал только дискуссию, но не статью), в статье речь идет про "орбитальный момент фотонов", что совсем не то же самое, что спин.
antihydrogen
Apr. 18th, 2011 01:26 pm (UTC)
Но и то, и другое тоже самое, что и момент импульса :)
oude_rus
Apr. 18th, 2011 03:00 pm (UTC)
это так, но природа совершенно разная: спин проиходит из поляризации, а орбитальный момент - из пространственной структуры моды Лягера-Гаусса.
antihydrogen
Apr. 18th, 2011 04:33 pm (UTC)
Ну это я и сам говорил автору журнала http://ru-astroph.livejournal.com/79005.html?thread=38813, но лично у меня возражения касались утверждения, что орбитальный момент фотона - это не настоящий момент импульса и имеет с орбитальным моментом кирпича только формально-математическую аналогию. Все ведь ровно наоборот, с физической точки зрения они одно и то же, и волновую функцию центра масс кирпича так же можно описать модой Гаусса-Лагерра с каким то m, но поскольку $L_z=\hbar m$, то m огромно, и для кирпичей гораздо практичней использовать другую математическую модель, сиречь классическую механику.
oude_rus
Apr. 18th, 2011 05:01 pm (UTC)
ровно тот же аргумент можно отнести и к моде Гаусса-Легера: фотонов-то в ней до хрена, на всех m не напасешься. Да и сама мода - решение классического уравнения.

В общем, договорились.
antihydrogen
Apr. 18th, 2011 05:09 pm (UTC)
Не очень понятное замечание. Вообще то, пучёк из фотонов с одинаковыми m=1 делается запросто.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 12:49 pm (UTC)
Еще вот тут меня критикуют

http://ru-astroph.livejournal.com/79005.html
oude_rus
Apr. 18th, 2011 01:23 pm (UTC)
давай я тебе скажу, как надо поправить: вообще убери упоминание о спине (поскольку именно это и путает людей).

Это т.н. "орбитальный момент фотонов" . На самом деле, речь идет лишь о "похожести" соответствующей математической записи (также как спин электрона не означает его вращения вокруг своей оси). Эффект связа -- эффект, связанный с топологическими свойствами волнового фронта.
sergepolar
Apr. 18th, 2011 01:38 pm (UTC)
afrikanbo
Apr. 17th, 2012 04:07 am (UTC)
Сергей, привет!

В связи с тем, что кто-то мой "протестный-виноблог" послал на конкурс популяризаторов науки на STRF, я решил посмотреть, что содержится в других, настоящих научнопопулярных блогах, и по ссылкам у igorivanov набрел на этот закрученный пост. В рускоязычном интернете не так много популярных текстов про ОУМ ем волн, поэтому то, что вы с igorivanov пишете - очень ценно. Если позволите мне здесь что-то советовать, то было бы здорово квантовомеханические рассуждения сдобрить реальными примерами "из жизни фотонов". Так, например, проиллюстрировать как фотоны с простой круговой поляризацией заставляют вращаться "кирпич" вокруг своей оси, а ем волна с ненулевым ОУМ заставляет тот же "кирпич" крутиться вокруг оси пучка. Если такой пучок света направить на "кирпич" в упор, то можно играть сложением и вычитанием проекций ОУМ и спина и заставлять "кирпич" крутиться быстрее или медленнее. Кроме того, судя по комментариям, возникают часто вопросы, насколько правильно приписывать ОУМ отдельным фотонам, а не пространственному наложению ем волн. Это больше философский вопрос, но и здесь возможен иллюстративный подход. Я не уверен (просто не в теме) зарегистрированы ли переходы в атомах с испусканием одного фотона, уносящего большой угловой момент. Igorivanov об этом вскользь говорит, но если это так, то это была бы отличная наглядная иллюстрация. Боюсь, что скорее всего это не так, поскольку, по крайней мере, фотоэффект с участием света с ненулевым ОУМ происходит путем поглощения более одного фотона (как кванта энергии). В общем, мне кажется, что иллюстрация такого "запутанного" материала реальными опытами существенно помогла бы его пониманию. Еще раз извините, за то, что я тут со своими пятью копейками влез :)
( 28 comments — Leave a comment )