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光子的能量为E=hf,根据质能公式E=mc²，光子的动量为p=mc=E/c=hf/c 光波长λ=c/f 光子的动量也可以写为p=h/λ 当光子由光疏介质进入光密介质后，速度降低，波长变短，根据p=h/λ，此时光子的动量反而增大！？  >以下是网上搜集的一些观点： ======================================================================================= 光动量增加?还是减少? 光在透明的物质中传播时，其动量到底是增加还减少?对于这个争议了一百多年问题，科学家试图利用脉冲雷射光打入细光纤中，并观察光纤的弯曲情况来回答这个问题。 光在物质中的速度比在真空中还慢，这是学过物理的人都知道的。因此在1908年德国数学家Hermann Minkowski认为当光的速度减少，其动量应该增加。然而在隔一年，德国的物理学家Max Abraham却宣称动量会随着速度的减少而减少。从一般的物理定义来看，当速度减少时，当然动量是减少的，因此Abraham似乎是对的。不过 Minkowski是从量子物理的观点切入，认为当光的波长缩短(光在物质中，由于频率不变，速度减少波长就随之缩短)，动量就随之增加。许多的理论论证 多指向Abraham是正确的，但是多数的实验证据却较支持Minkowski。不过在实验上有一个很大的困难点，就是要如何认定光在透明介质中的动量。 光在介质中复杂的动量传递会让研究人员无法直接观察到光的动量，使得之后对实验结果的解释也会变得含糊不清。因此在实验上要很小心的将光的动量与物质隔绝 开来，并避免一些不必要的效应进入，例如热效应。 在中国广州中山大学的物理学家Weilong She及其同僚在2008年12月12日出版的Physical Reveiw Letters中发表了一个简单的方法，可以直接量测到光从真空中到介质里的动量变化。她们利用0.5微米直径，1.5厘米长的硅光纤设计了一个实验。研 究人员让光纤垂直垂吊着，并使用波长650奈米，270毫秒宽的脉冲雷射光从上方打入光纤中。当脉冲光从光纤的下方出来时，若动量增加，则会造成光纤反弹 (就像你一开始静止站在船上，然后往船外跳，你的动量增加，船就会被你往后推。)；反之若动量减少，则会有一股拉力把光纤往下拉。她们观察到当脉冲光出来 时，光纤是往后弯曲的，可见光在真空中的动量是比较大的，符合Abraham的说法。 研究人员更进一步利用较长的光纤以及连续波雷射做了另一个实验，也得到了同样的结果。她们看到光纤的尖端就像悬摆一样向旁边摆动大约30微米，其所对应的力与她们预测推算的值差不多(小于亿万分之一牛顿)。她们也证明热效应在此实验中太小而不会影响到光纤的运动。 英国University of Glasgow的Miles Padgett表示，其实还有很多原因会造成光纤弯曲。所以他认为这虽然这个工作对Abraham-Minkowski争议是个非常有建设性的贡献，但似 乎还无法让其画上句点。他表示，或许刚好这个特殊的实验装置比较接近Abraham，因为大部分的实验都比较支持Minkowski。不过，英国 University of Essex的Rodney Loudon却表示，之前的实验都是研究复杂的物体及跟光子动量的间接关系，相反的，She等人的这个时验却能够量测到简单的物理量，并直接以 Abraham动量去表示。 ======================================================================================= 透明介质中光动量的实验验证 最近，光电材料与技术国家重点实验室的佘卫龙研究小组在百年物理学难题——透明介质中光动量的实验验证方面取得了突破，相关成果发表在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. ）(2008，101，243601)。 光在介质中的动量是理论物理学中的著名Rudolf Peierls惊奇之一。对折射率为n的透明介质，1908年Minkowski 提出，介质中的光动量是nE/c ；而在1909年Abraham 又提出，介质中的光动量应该是E/（nc） ，这里E 和c分别是光的能量和真空中的光速。理论分析表明，在狭义相对论框架下，作为能量-动量张量分量的光动量流密度，Abraham动量公式符合空间对称性要 求而Minkowski公式则不符合，而且，Abraham动量可表示为相对论的形式 P=mV(m=E/c2,V=c/n） 。另一方面，对单光子情况， Minkowski动量是p=nhν/c=nh/λ0（λ0为真空中的光波波长），它看起来又符合量子力学中的德布罗意关系。这两个光动量哪一个是对的？ 判断极为困难！有大量的理论工作就此问题展开激烈的争论，也有一些实验力图给出问题之判断。可是到目前为止，尚未有一个实验给出明确的结论。实验检验和理 论争论已延续近一个世纪，但光在介质中特别是在透明介质中的动量仍然是个谜。光在介质中的动量之所以令人费解， 主要是实验上对介质中光动量的辨认十分困难。介质中的光动量传输的复杂性妨碍了光动量的直接观察，使得实验结果的解释出现歧义。此前，几乎所有的研究者都 认为，光动量的实验验证是不可能的。 Leonhardt 的观点具有代表性。2006 年他在Nature 上发表一篇有关光的动量的评论性文章。他说，介质中的光动量是令人惊奇的，而且还会继续令人惊奇。 佘卫龙研究小组找到一种巧妙的方法，利用纳米光纤直接观察了透明介质中的光动量。实验结果支持了Abraham公式。该工作其实还预言了一种效应：当一束 光从空气或真空入射到透明介质时，由于Abraham光动量的作用，它将对界面施加一个光压。这个光压与我们过去所认识的由于表面光反射造成的光压完全不 同。目前，该工作引起国际同行广泛关注。 成果的重要意义：透明介质中光动量的实验验证，它除了基础物理方面的重要意义外，实际上还预言了一种过去尚未被注意的，激光表面破坏的新机制——来自Abraham动量的光压。这种光压有可能在激光诱导惯性约束受控聚变方面具有潜在应用 ======================================================================================= 光在介质中动量到底是多少？ 在量子论刚刚出现后不久，人们对光在介质中的动量就产生了争论。Minkowski认为，其动量应该是光在真空中动量的n倍，n是介质的折射率。而Abraham认为，应该是真空中动量的n分之一。这里就出现了一个两难的悖论。 Minkowski的推理如下：在量子力学中，光的动量是p=hw=hk/v。其中w是频率，k是波数，v是光的速度。在真空中v就等于c，而介质中 v=c/n。光从真空到介质中，波数不会变，所以介质中的动量为p=nhk/c，是n被的真空动量。Abraham的理论是，考虑到光是粒子，其动量为 p=mv。真空中的速度比介质中的速度快n倍，所以介质中的动量为真空时的n分之一。当然上面只是一个很粗略的说法。更加精确的定义是Abraham和 Minkowski的动量密度分别为：g_A=E×H/c^2，g_M=D×B。 在这个悖论提出100年来，理论和实验学者为了解释它做了很多努力。人们做了很多实验，结果发现有一部分支持Minkowski形式，有一部分支持 Abraham形式的动量。最近有人宣称，他解决了这个难题。他认为，Minkowski和Abraham的动量形式都是正确的，但是分别对应与正则动量 和运动学动量。实际上，在考虑光在介质中的动量问题时，我们不得不把介质的动量也考虑进来。介质的动量也有正则动量和运动学动量两种形式。分别把光子与介 质的正则动量和运动学动量相加，是相等的。在实验中，如果测量的是镶嵌在基底的物体的位移，会得到支持Minkowski动量的结果。如果测量介质物体的 速度和质量，利用动量守恒推出的光子的动量就支持Abraham动量的形式。也许这个结果真的能够结束100年来的争论。 |
要跑题了