光场的场-介质耦合态的拉格朗日动力学
光学
2019-07-31 v3 经典物理
摘要
在最近提出的光的质量-极化子（MP）理论 [Phys. Rev. A 95, 063850 (2017)] 中，光的光学力在介质中向前驱动一个原子质量密度波。本文中，我们直接从最小作用量原理以及狭义相对论中电磁场与介质的已知拉格朗日密度出发，给出 MP 理论的拉格朗日表述。拉格朗日密度及由此得到的欧拉-拉格朗日方程直接且无需任何进一步假设地导出光学 Abraham 力的唯一表达式，该力在 MP 理论中将电磁场与介质动态地耦合起来。场-介质耦合是对称且双向的，并满足作用与反作用定律。该耦合动力学方程还能精确描述介质作为光耦合态总能量一部分的极小动能。因此，本文的拉格朗日表述是对我们近期工作 [Phys. Rev. A 99, 033852 (2019)] 中讨论的 MP 理论洛伦兹协变性质的补充方法。我们展示了如何对高斯光脉冲解析求解场与介质的耦合动力学方程。令人惊讶的是，MP 理论中关于动力学方程、光学力和应力-能量-动量张量的简单解析结果，是如何从近一个世纪来众所周知的拉格朗日密度中从头推导出来的。
引用
@article{arxiv.1905.09218,
title = {Lagrangian dynamics of the coupled field-medium state of light},
author = {Mikko Partanen and Jukka Tulkki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.09218},
year = {2019}
}