介质中电磁波的能量-动量张量及相关实验分析

我们发现介质中电磁波的能量-动量张量与普通流体非常相似，可以类似地定义密度、压强和能量传输速率等概念。在此基础上，我们对介质中光子的平均动量和等效质量、光束压强与极化的关系、介质的极化能与磁化能的影响、光束的伯努利效应以及运动介质中光束的能量-动量张量进行了详细的理论分析。我们还得到了基于电磁场与介质之间相互作用项的守恒新能量-动量张量。由该能量-动量张量，我们可以同时导出 Minkowski 动量和 Abraham 动量。我们发现 Minkowski 动量实际上是考虑了电磁波与介质相互作用影响的正则动量，而 Abraham 动量实际上是不考虑电磁波与介质相互作用影响的机械动量。基于本文所得理论，我们对 Jones 介质中光压实验、Ashkin 自由液面形变实验、Weilong 光纤形变实验和频移测量实验给出了理论解释。本文所得理论能够自洽地同时解释上述实验。与 Minkowski 和 Abraham 张量不同，根据本文提出的能量-动量张量，介质中的光束也会在其侧面产生压强，且该压强方向与光束的极化有关。本文的发现可能为光的应用提供新的启示。