对光传播及光与物质相互作用的新见解及其在实验观测中的应用

本文通过考察群速度、电磁（EM）功率流、Poynting 定理、能量守恒定律和 Fermat 原理的物理含义，提供了对光传播及光与物质相互作用的新理解。建立了一个判据以识别群速度定义的合理性，并提出了一种修正定义以消除经典定义的缺陷。文章合理论证了能量守恒定律和 Fermat 原理是独立于 Maxwell 方程组的物理公设。构建了一种“超光速功率流”以表明，若不考虑能量守恒定律或 Fermat 原理，Poynting 定理无法唯一确定 EM 功率流。作为应用，本文还回顾了教科书中的相关基本概念及近期研究报告的实验观测，包括：为何 Fermat 原理的传统表述应用受限；如何为平面波表述 Fermat 原理；为何 Fermat 原理与 Maxwell 电磁理论一致；Poynting 定理与能量守恒定律之间的显著差异是什么；为何在各向异性介质中将 Poynting 矢量作为 EM 功率流可能会违背能量守恒定律和 Fermat 原理；为何 Giovannini 及其同事实验中对“空间结构化”光子的物理解释与相对论原理不一致；为何传统论证的信息速度不变性与 Maxwell 方程组相矛盾；以及为何 Wang-Kuzmich-Dogariu 实验中声称的超光速光脉冲传播违反了 Einstein 因果律。