Η μελέτη επιλύει τη συζήτηση για τον αιώνα για το πώς να περιγράψει την ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής στην ύλη
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters έχει επιλύσει μια συζήτηση για τον αιώνα για το πώς να περιγράψει την ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής στην ύλη. Η μελέτη, με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, διαπίστωσε ότι η σωστή περιγραφή της πυκνότητας της ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη δίνεται από τον ορισμό του Abraham-Minkowski.
Η συζήτηση για την πυκνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη συνεχίζεται από τα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο James Clerk Maxwell ανέπτυξε για πρώτη φορά τη θεωρία του για τον ηλεκτρομαγνητισμό. Η θεωρία του Maxwell προέβλεψε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έφεραν ορμή, αλλά δεν ήταν σαφές πώς να υπολογίσουμε αυτή τη δυναμική στην ύλη.
Με τα χρόνια έχουν προταθεί αρκετοί διαφορετικοί ορισμοί της πυκνότητας ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη. Οι πιο δημοφιλείς από αυτούς τους ορισμούς είναι ο ορισμός του Abraham-Minkowski και ο ορισμός του Poynting. Ο ορισμός του Abraham-Minkowski βασίζεται στην ιδέα ότι η ορμή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταφέρεται από τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, ενώ ο ορισμός του poynting βασίζεται στην ιδέα ότι η ορμή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταφέρεται από την ενεργειακή ροή.
Η συζήτηση για την οποία ο ορισμός της ηλεκτρομαγνητικής πυκνότητας ορμής στην ύλη είναι σωστή έχει συνεχιστεί εδώ και δεκαετίες και δεν υπήρξε σαφής συναίνεση. Ωστόσο, η νέα μελέτη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχει τελικά επιλύσει τη συζήτηση.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό θεωρητικών και πειραματικών τεχνικών για να δείξουν ότι ο ορισμός του Abraham-Minkowski της πυκνότητας της ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη είναι η σωστή. Η μελέτη διαπίστωσε ότι ο ορισμός του poynting δεν περιγράφει σωστά τη δυναμική των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην ύλη και ότι ο ορισμός του Abraham-Minkowski είναι ο μόνος ορισμός που είναι σύμφωνος με τους νόμους της φυσικής.
Η ανάλυση της συζήτησης σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής στην ύλη είναι μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού. Έχει σημαντικές συνέπειες για την κατανόησή μας για το πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με την ύλη και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες εφαρμογές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην τεχνολογία και την επιστήμη.
φόντο
Η ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής είναι ένα μέτρο της ποσότητας της ορμής που μεταφέρεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Ορίζεται ως η ποσότητα της ορμής ανά όγκο μονάδας του χώρου.
Η ορμή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:
`` `
p =ε ₀e2 + μ₀H2
`` `
όπου:
* Το P είναι η πυκνότητα ορμής (σε n/m²)
* Ε είναι η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (σε F/M)
* E είναι η αντοχή του ηλεκτρικού πεδίου (στο V/M)
* μ₀ είναι η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (σε h/m)
* H είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου (στο A/M)
Η συζήτηση σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής στην ύλη συνεχίζεται εδώ και δεκαετίες, επειδή υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι για τον υπολογισμό της ορμής ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος στην ύλη. Οι δύο διαφορετικές μέθοδοι είναι ο ορισμός του Abraham-Minkowski και ο ορισμός του Poynting.
Ο ορισμός του Abraham-Minkowski βασίζεται στην ιδέα ότι η ορμή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταφέρεται από τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Αυτός ο ορισμός δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:
`` `
P =εε + μh²
`` `
όπου:
* Το P είναι η πυκνότητα ορμής (σε n/m²)
* ε είναι η διαπερατότητα του υλικού (σε F/M)
* E είναι η αντοχή του ηλεκτρικού πεδίου (στο V/M)
* μ είναι η διαπερατότητα του υλικού (σε Η/Μ)
* H είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου (στο A/M)
Ο ορισμός Poynting βασίζεται στην ιδέα ότι η ορμή ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταφέρεται από την ενεργειακή ροή. Αυτός ο ορισμός δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:
`` `
p =s/c
`` `
όπου:
* Το P είναι η πυκνότητα ορμής (σε n/m²)
* S είναι η ροή ενέργειας (σε w/m²)
* C είναι η ταχύτητα του φωτός (σε m/s)
Η συζήτηση για την οποία ο ορισμός της ηλεκτρομαγνητικής πυκνότητας ορμής στην ύλη είναι σωστή συνεχίζεται εδώ και δεκαετίες, επειδή οι δύο ορισμοί δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα σε ορισμένες περιπτώσεις. Για παράδειγμα, σε ένα κενό, ο ορισμός του Abraham-Minkowski και ο ορισμός του poynting δίνουν το ίδιο αποτέλεσμα. Ωστόσο, σε ένα υλικό, ο ορισμός του Abraham-Minkowski δίνει ένα διαφορετικό αποτέλεσμα από τον ορισμό του poynting.
Η νέα μελέτη
Η νέα μελέτη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχει τελικά επιλύσει τη συζήτηση σχετικά με την πυκνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη. Η μελέτη διαπίστωσε ότι ο ορισμός του Abraham-Minkowski της πυκνότητας της ηλεκτρομαγνητικής ορμής στην ύλη είναι η σωστή.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό θεωρητικών και πειραματικών τεχνικών για να δείξουν ότι ο ορισμός του Abraham-Minkowski είναι ο μόνος ορισμός που είναι σύμφωνος με τους νόμους της φυσικής. Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι ο ορισμός του poynting δεν περιγράφει σωστά τη δυναμική των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην ύλη.
Η ανάλυση της συζήτησης σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ορμής στην ύλη είναι μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού. Έχει σημαντικές συνέπειες για την κατανόησή μας για το πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με την ύλη και θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες εφαρμογές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην τεχνολογία και την επιστήμη.
