First principles approach to the Abraham-Minkowski controversy for the momentum of light in general linear non-dispersive media
本文研究了具有线性本构律的一般运动非色散介质中光的能量动量张量的定义问题。使用经典场论的基本原理，我们表明，正确理解的问题，一个需要仔细区分的情况时，材料介质被建模为背景上的光传播或作为整个系统的动态部分。在前一种情况下，我们证明了电磁场的（广义）Belinfante-Rosenfeld（BR）张量与Minkowski张量重合。我们推导出一套完整的平衡方程，这个开放的系统，并表明背景介质的对称性直接关系到闵可夫斯基量的守恒。特别地，对于各向同性介质，尽管闵可夫斯基张量是非对称的，但光的角动量是守恒的。对于光与物质相互作用的封闭系统，我们将物质介质建模为相对论性非耗散流体，并证明了封闭系统的总BR张量总是可以用Abraham分离或Minkowski分离表示。然而，在动力学介质的情况下，平衡方程在亚伯拉罕张量方面有一个特别方便的形式。我们的研究结果概括了以前的尝试，并提供了一个统一的理解长期存在的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议没有特设的参数的第一原理的基础。
2015-02-22 gr-qc hep-th physics.class-ph
Application of axiomatic formal theory to the Abraham--Minkowski controversy
我们把连续电动力学作为一个公理化的形式理论的基础上的宏观麦克斯韦-闵可夫斯基方程组应用到一个封闭的系统组成的一个简单的线性电介质材料位于自由空间中的一个抗反射涂层块被照亮的准单色场。我们证明了麦克斯韦连续统电动力学的形式理论的有效定理是不一致的守恒定律的无粘非相干流的非相互作用的粒子（光子）在连续极限（光场）在没有外力，压力，或约束。我们还表明，麦克斯韦连续电动力学的有效定理是矛盾的折射率无关的洛伦兹因子冯劳厄的应用爱因斯坦的狭义相对论的电介质。显然，真空中的基本物理原理不受影响。然而，现存的电动力学、狭义相对论和能量-动量守恒的理论处理必须被认为是在一个简单的线性电介质中相互矛盾的，在这个简单的线性电介质中，光的有效速度是$c/n$。在证明了基本物理原理在电介质材料中的应用导致了相互不一致的理论之后，我们从第一原理中推导出了一种相互一致的、可供选择的电动力学、狭义相对论和各向同性、均匀、线性电介质填充、平坦、非闵可夫斯基、连续材料时空中的能量动量守恒的理论处理方法。
2019-08-22 physics.class-ph physics.optics
Hidden momentum and the Abraham-Minkowski debate
我们使用一个扩展版本的电动力学，它承认磁荷和电流的存在，讨论如何不同的模型电偶极子和磁偶极子做或不进行隐藏的外部电磁场的影响下的动量。在此基础上，讨论了构成物质介质的粒子的电偶极子和磁偶极子所采用的模型对介质中光动量电磁部分的表达式的影响。我们证明了Abraham表达式与电荷形成的电偶极子和磁荷形成的磁偶极子相容，而Minkowski表达式与磁流形成的电偶极子和电流形成的磁偶极子相容。另一方面，表达式$\varepsilon_0\mathbf{E}\times\mathbf{B}$被证明与由电荷形成的电偶极子和由电流形成的磁偶极子兼容，这是更自然的模型。所以这个表达式在亚伯拉罕-闵可夫斯基关于介质中光的动量的争论中有一个有趣的解释：它是与磁荷不存在相容的表达式。我们还提供了一个简单的理由，为什么亚伯拉罕和闵可夫斯基动量可以与光的动力学和正则动量，分别。
2018-07-09 physics.class-ph physics.optics
Relativistic analysis of the dielectric Einstein box: Abraham, Minkowski and total energy-momentum tensors
我们分析了“爱因斯坦箱”思想实验和物质内部光的动量的定义。我们强调封闭系统（电磁场加物质介质）的总能量动量张量的重要性，并详细推导了Abraham动量和Minkowski动量的相对论表达式，以及各向同性和均匀介质的相应平衡方程。我们确定了隐藏在爱因斯坦盒子论证中的一些假设，这使得它比通常公认的要弱。特别是，我们表明，亚伯拉罕的动量是不是唯一选择的光在这种情况下的动量。
2012-04-23 gr-qc physics.class-ph physics.optics
Detection of the Abraham force with a succession of short optical pulses
一个多世纪以来，亚伯拉罕和闵可夫斯基分别对物质中电磁场动量的两种对立描述共存。我们提出了一个设置测量亚伯拉罕和闵可夫斯基的预测之间的差异在光学。也就是说，提出了一种装置，其中的瞬态“亚伯拉罕力”，亚伯拉罕能量动量张量的1909年的后果可以直接测量。我们表明，当短激光脉冲的训练发送通过一个纤维缠绕在一个圆柱形鼓，亚伯拉罕理论预测的扭矩，通过插入现实的参数，被发现是可检测的。事实上，当用闵可夫斯基张量计算时，相同的扭矩取相反的符号。数值估计表明，在典型的扭摆装置和标准激光参数下，角偏转在$10^{-3}$ rad的数量级，这是容易测量的，甚至是肉眼可见的。虽然亚伯拉罕力的预言已经有一个世纪的历史了，但实验证明它是难以捉摸的，据我们所知，在光学频率下，还没有宏观实验证明上述两种能量-动量张量的预言之间的差异。
2012-07-13 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic Momentum in a Dielectric: a Back to Basics Analysis of the Minkowski-Abraham Debate
经过一个多世纪的争论，人们仍然对电介质中电磁动量的正确表达式感到不安。这就是所谓的闵可夫斯基-亚伯拉罕争议。我们表明，确实有一个一致的图片与波在电介质中的电磁动量，但必须从场E和B，而不是D和H作为基本对象。动量流由张量T^EB描述，其表达式与真空中的相同。闵可夫斯基张量和亚伯拉罕力来自于物质动量的断裂分解。然而，对于局域化好的场，闵可夫斯基动量是守恒的，这与其作为正则动量的识别是一致的。几个案例进行了讨论，以证明这一观点是一致的和完整的。此外，它示出，必须小心，包括动量转移到绑定电荷在电介质界面正确地描述，例如，斜反射，其中有一个正常的分量的电场。
2017-07-03 physics.acc-ph physics.class-ph physics.optics
Revisiting the Abraham-Minkowski Dilemma
在这里，亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议的正确定义的光动量在宏观介质中的目的是重新强调，一个有效的介质形式主义必然限制了可用的信息的内部状态的系统，这是最终的原因，困境没有普遍的解决方案。尽管有这些困难，它表明，在没有材料吸收的限制和稳态条件下，时间平均光（动力）动量可以明确地确定亚伯拉罕的结果，无论是在休息和物质的循环流动的机构。这些研究结果的影响进行了讨论的背景下，量子光学的移动介质，我们详细研究在这样的背景下的闵可夫斯基动量的基本作用。
2017-06-08 physics.optics
Minkowski and Abraham Momenta Revisited from the Perspective of Photon Dynamics
School of Physics and Astronomy, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院）
本研究从介质光子动力学视角，通过场论框架揭示闵可夫斯基与亚伯拉罕动量的关联机制，并明确光霍尔效应的微观起源为光子类狄拉克方程产生的自旋-塞曼型耦合。
2026-08-18 physics.optics
Optical momentum and angular momentum in complex media: From the Abraham-Minkowski debate to unusual properties of surface plasmon-polaritons
我们研究色散和非均匀各向同性介质中的单色光场的动量和角动量（AM）特性，使用亚伯拉罕和闵可夫斯基型的方法，以及动力学（坡印廷样）和正则（单独的自旋和轨道自由度）图片。动力学的亚伯拉罕-坡印廷动量描述波的能流和群速度，而闵可夫斯基型量，加上适当的色散修正，描述波携带的实际动量和角动量。动力学Minkowski型动量和AM密度与Philbin的唯象结果一致。使用正则自旋轨道分解，以前用于自由空间场，我们发现相应的正则动量，自旋和轨道AM的光在色散非均匀介质。这些获得类似于布里渊能量密度的非常自然的形式，并且对于任意结构的场是有效的。一般的理论应用到一个非平凡的例子，表面等离子体极化激元（SPP）波在金属真空界面。我们表明，SPP每个粒子的积分动量对应于SPP波矢，因此超过了光子在真空中的动量。我们还提供了第一个精确的计算的横向自旋和轨道AM的SPP。当内禀轨道AM消失时，横向自旋可以根据SPP频率改变其符号。重要的是，我们提出了宏观和微观计算，从而证明了一般唯象结果的有效性。微观理论还预测了金属中的横向磁化（即，SPP的磁矩）以及相应的直流磁化电流，这解释了亚伯拉罕和闵可夫斯基动量之间的差异。
2017-08-21 physics.optics
Proposal to repeat the Abraham force experiment using giant permittivity materials
在有着100多年历史的宏观电动力学Abraham-Minkowski问题中，如何观察所谓的Abraham项${\bf f}^{\rm Aterm} = [(\varepsilonμ-1)/c^2] \partial/\partial t ({\bf E}\times {\bf H})$的问题一直是一个重点。近年来在辐射光学中出现了许多美丽的实验，但这些实验通常没有给出关于亚伯拉罕项的信息，因为这项只是波动。因此，人们只能对这种力作一些间接的验证，如琼斯的辐射压。在20世纪50年代，测试浸没在电介质液体中的镜子上的辐射压力。现在，有一种不同的方法来测试${\bf f}^{ \rm Aterm}$的存在，即用低（准静止）频率工作，使人们能够直接观察力的正弦变化。这类实验实际上是由Walker { \it et al.}在20世纪70年代，使用BaTiO $_3$作为高频电介质（介电常数$\varepsilon \sim 3600$）。现在，近年来出现了具有$10^5$级或甚至更高的巨介电常数的介电材料。因此，考虑Walker { \it et al.}的想法是很自然的。重新，以测试是否可以促进这一苛刻的实验，并提供更好的准确性。这是本文件的主题。这类实验的积极结果清楚地支持亚伯拉罕能量动量张量在低频。闵可夫斯基张量根本无法预测扭矩。低频和高频区域以这种方式高度对比，因为很明显，在光学实…
2022-04-08 physics.class-ph physics.optics
Minkowski Momentum Resulting from a Vacuum-Medium Mapping Procedure, and a Brief Review of Minkowski Momentum Experiments
本文讨论了宏观电动力学中闵可夫斯基动量的解释及其物理意义。（1）采用折射率$n$为常数的简单电介质模型，用映射方法证明了介质中的电磁场如何映射到真空中的相应场。这张地图是在很多年前提出的[1]。Brevik和B.劳特鲁普马特Fys.医疗Dan.维德Selsk { \bf 38}（1），1（1970）]，但显然不是众所周知的。这一过程的一个特点是，它显示了闵可夫斯基能量-动量张量如何自然地适合于正则形式。特别是辐射场的电磁四动量矩的类空性（在某些惯性系中意味着负的电磁能），在切伦科夫效应中得到了显著的证明，值得注意。(2)我们的第二个目标是对最近的一些电磁动量实验进行批判性分析。在解释时必须小心：人们很容易被误导，并得出结论，认为实验对能量-动量问题很重要，而实验证明的只是亚伯拉罕-闵可夫斯基力在表面层或非均匀区域中的作用。亚伯拉罕-闵可夫斯基力是两个能量-动量张量的共同力，并且不携带关于场动量的信息。作为最后一项，我们提出了一个实验，可以证明亚伯拉罕力在高频下的存在。这最终将成为1975年经典低频Lahoz-Walker实验的受欢迎的光学模拟。
2016-10-21 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Hidden momentum in continuous media and the Abraham-Minkowski debate
我们进行了详细的研究之间的联系隐藏的动量和亚伯拉罕-闵可夫斯基辩论的电磁动量密度在物质介质。本文介绍了前人在这方面的研究成果[P.L. Saldanha和J.S. Oliveira Filho，Phys. Rev. A 95，043804（2017）]扩展到连续介质极限，其中出现了一些微妙之处。我们考虑一个极化和磁化的连续介质与施加的电场和磁场的静态场，其中介质的极化可以是由于电荷密度或一个假设的磁流密度和介质的磁化可以是由于一个电流密度或一个假设的磁荷密度。每种模型导致系统材料隐藏动量和介质中电磁动量密度的不同表达式。我们表明，引用的参考文献的主要结果是持续的连续介质限制：亚伯拉罕动量与极化是由于电荷而磁化是由于磁荷的介质模型兼容，闵可夫斯基动量与极化是由于磁流而磁化是由于电流的模型兼容，并且表达式$\varepsilon_0\mathbf{E}\times\mathbf{B}$与极化是由于电荷而磁化是由于电流的模型兼容，该模型是自然模型。用均匀极化磁化球的例子说明了这些结果。
2020-12-08 physics.optics
Interpretation of interconnection of alternative macroscopic approaches associated with the Abraham-Minkowski con-troversy using microscopic description
与电磁场方程的不同解释相关的各种动量守恒方程的相互联系是亚伯拉罕-闵可夫斯基争论的一个重要方面，它首先与介质中电磁波的光学动量的各种定义的竞争有关。假设的意义的替代方程的动量守恒，根据其相互连接，潜在的功能等效的替代说明的光学动量的辐射压力的背景下进行检查。根据进行的检查，一个封闭的介质场系统的动量的材料导数被保存在转换连接替代方程的动量守恒，而光学动量的变化符合替代方法。据发现，亚伯拉罕的，闵可夫斯基的，和总动量是固有的联系与特定的有质动力，这是不可互换的，尽管相互连接的形式涉及的场方程和方程的动量守恒。互联网的替代宏观方法澄清使用微观解释的能量和动量的电磁波在主机介质。矛盾的参考与替代方法，包括假设在宏观描述和电磁波在主介质中的惯性性质的水平上的洛伦兹力的表现形式的微观方面进行评估，在这方面。它导致澄清的性质的有质动力，以及概念的动量和伪动量的电磁波在主机介质，这是必不可少的解释互联的替代宏观方法。
2019-05-21 physics.optics
Recoil momentum of an atom absorbing light in a gaseous medium and the Abraham-Minkowski debate
本文通过经典洛伦兹力模型计算气体介质中原子吸收光子的动量，发现经典局域原子的平均吸收动量小于 Minkowski 动量，而玻色-爱因斯坦凝聚体实验中的原子因处于空间叠加量子态形成连续介质，从而表现出与 Minkowski 动量一致的反冲，这被视为介质状态的量子特征。
2023-07-13 physics.optics
Abraham-based momentum and spin of optical fields under conditions of total reflection
本备忘录包含一系列公式，描述了入射单色平面波被全反射时，在由平面界面分隔的电介质中形成的光场的电磁能量、动量和自旋分布。这些公式是基于亚伯拉罕动量定义，包括动量分解为轨道（正则）和自旋部分，以及明确的双对称分离的电和磁的贡献。这份材料于2013年2月编写，但尚未定稿和出版，因为难以对与尖锐界面相关的自旋和轨道动量表达式中的奇异项进行物理解释。同时，已经清楚的是，“天真的”亚伯拉罕方法对于这个问题是不正确的，并且非均匀介质中的电磁自旋和动量通过基于闵可夫斯基范式的更详细的关系更好地表征[参见，例如，A 83，013823（2011）; 86，055802（2012）; arXiv：1706.05493]。在应用于全反射的情况下，这种基于闵可夫斯基的描述最近在arXiv：1706.06263中得到了说明，因此目前的材料主要是历史兴趣。然而，似乎有必要让广大受众了解这一点，至少是为了与最近改进的方法进行比较，并提供适当的参考。最后一节，处理的有质动力行动所经历的米氏粒子在倏逝波，是独立的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议。数值计算保留了它们的有效性，并且在闵可夫斯基模式中，各种力和力矩分量与相应的光学动量和自旋分量的关联仍然是合法的。最后一节的结果部分用于其他已发表的作品[例如，自然通讯。5，3300（2014）]。
2017-12-04 physics.optics
Radiation Pressure on Submerged Mirrors: Implications for the Momentum of Light in Dielectric Media
对浸没在介电液体中的反射镜的辐射压力测量一致地显示了液体中光子的有效闵可夫斯基动量。使用精确的理论计算的基础上麦克斯韦方程组和洛伦兹定律的力量，我们表明，这一结果是一个事实，即传统的镜子赋予，反射后，180度相移的入射光束的后果。如果镜子被设计成赋予不同的相位，那么有效动量将在闵可夫斯基动量和亚伯拉罕动量的两个极端之间的任何地方。由于在这两个极端之间的范围内的所有值在实验中同样可能被发现，我们认为，在一个电介质主机内的光子动量有亚伯拉罕和闵可夫斯基动量的算术平均值。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
The momentum of an electromagnetic wave inside a dielectric
给在绝缘体中传播的电磁波包分配动量的问题以亚伯拉罕-闵可夫斯基争论的名义而闻名。在本文中，我们重新审视这个问题，首先通过在介质的极化率的功率扩展，并假设最简单和最自然的选择施加在电介质材料上的电磁场的力。它表明，亚伯拉罕表达是非常赞成的。然后，我们展示了这些结果的完整的一般性。
2013-07-02 hep-th physics.class-ph physics.optics
Optomechanical Measurement of the Abraham Force in an Adiabatic Liquid Core Optical Fiber Waveguide
我们报告的亚伯拉罕力与传播的光波的定量实验测量。我们隔离这种力使用一个引导的光波沿着液体填充的中空光纤（HOF）进行绝热模式变换（AMT）。利用液体内的这种光强度分布，我们能够产生时间平均的非零亚伯拉罕力密度，同时抑制亚伯拉罕-闵可夫斯基力密度。入射激光场引起了HOF内部的气液界面的线性轴向位移，这提供了亚伯拉罕力密度的直接实验测量。我们发现亚伯拉罕力密度的实验结果和理论测定值之间有很好的一致性
2016-01-20 physics.optics
Comment on "Analysis of recent interpretations of the Abraham-Minkowski problem"
在最近的一篇论文中，[I。Brevik，Phys. Rev. A 98，043847（2018）]，Brevik分析了Kundu等人的实验[A. Kundu等人，Sci. Rep. 7，42538（2017）]报道了氧化石墨烯（GO）膜在被激光束照射之后的变形。在关闭激光束之后，GO膜的变形的二维原子力显微镜（AFM）线扫描花费太多的时间以使任何弹性变化保留在AFM扫描中。因此，GO膜的变化是不可逆的，Brevik使用的光弹性模型是不适用的。Brevik计算的光脉冲光力对原子动能和位移的粗略估计是正确的，但在与我们工作[M. Partanen等人，物理评论A 95，063850（2017）]，原子的动能与它们的静止能量混淆。原子和它们的质量被场向前移动，它们被移动的静止能量引起能流。我们和布雷维克之间的争论的分歧最终集中在这样一个问题上，即由随光运动的介质的位移引起的静止能量通量是否应该包括在总能量通量中。我们还证明了光的质量极化激元理论的应力-能量-动量张量的四阶发散为零。
2019-07-17 physics.optics
Comment on "Observation of a push force on the end face of a nanometer silica filament exerted by outgoing light," Phys. Rev. Lett. 101, 243601 (2008)
在最近的一篇论文中，W. She、J. Yu和R. Feng报道了在光脉冲通过相当短长度的二氧化硅玻璃纳米纤维传输时观察到的轻微变形。将这些变形的形状和大小与光纤内外的光脉冲动量联系起来，这些作者得出结论，在光纤内，光子携带亚伯拉罕动量。在我看来，作者声称他们已经解决了亚伯拉罕-闵可夫斯基关于电介质中光子动量的争论是为时过早的。正确解释She等人的实验需要精确的计算，不仅要正确解释电磁动量（光纤内外），还要正确解释光脉冲在通过纳米波导的整个路径中施加在光纤上的洛伦兹力。
2012-08-18 physics.class-ph physics.optics
Whence the Minkowski Momentum?
电磁波携带亚伯拉罕动量，其密度由p_EM = S（r，t）/c^2给出。这里S（r，t）= E（r，t）\timesH（r，t）是在空间中的点r和时间中的时刻t的坡印廷矢量，E和H是局部电磁场，c是真空中的光速。上述陈述是真实的，无论波是否驻留在真空或在一个ponderable介质，该介质可能是或可能不是均匀的，各向同性的，透明的，线性的，磁性的，等当一个光脉冲进入吸收介质，所经历的介质的力只是部分由于吸收亚伯拉罕动量。当然，这种被吸收的动量表现为洛伦兹力（当脉冲在吸收器内熄灭时），但并非所有介质所经历的洛伦兹力都归因于被吸收的亚伯拉罕动量。我们考虑一种复折射率为n_2+ik_2的吸收/反射介质，它浸没在折射率为n_1的透明介质中，光必须穿过该介质才能到达吸收器/反射器。取决于两种介质之间的阻抗失配，该失配取决于n_1、n_2、k_2，更多或更少的光将耦合到吸收器/反射器中。这种阻抗失配对n_1的依赖性是在某些涉及淹没物体的辐射压力实验中出现闵可夫斯基动量的全部原因。
2012-07-28 physics.optics
Symmetric and conserved energy-momentum tensors in moving media
利用Gordon度规导出了运动介质中标量场的对称守恒能量动量张量。当应用于电磁场时，该方法给出了类似的结果。因此，这种方法为解决亚伯拉罕-闵可夫斯基关于物质介质中电磁场的正确能量-动量张量的争论指出了一条出路。新的张量描述了场的性质，而亚伯拉罕张量包含了与介质耦合的场的信息。
2011-09-09 gr-qc hep-ph physics.optics
Electromagnetic Stress Tensor in Ponderable Media
推导出了由介电常数“ε”和磁导率“μ”确定的磁介质中麦克斯韦应力张量的表达式。“推导从洛伦兹定律的广义形式出发，该定律规定了电磁场E和H对有重介质的极化P和磁化M施加的力。我们的应力张量不同于亚伯拉罕和闵可夫斯基的著名张量，后者是围绕透明材料中电磁场动量的百年争议的中心。
2014-02-18 physics.class-ph physics.optics
Alternative formulation of the macroscopic field equations in a linear magneto-dielectric medium: Lagrangian field theory and spacetime setting
一个透明的线性磁介电材料在自由空间中，由一个有限的quasimonochromatic场照明是一个封闭的系统，明确地说，无论什么场和材料子系统，一个定义。能量-动量张量，这是正式来自麦克斯韦-闵可夫斯基场方程是不一致的角动量和线性动量守恒在这个封闭的系统，这是非常坚实的事实是基础和持续的问题亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议。亚伯拉罕-闵可夫斯基难题的现存解决方案是把麦克斯韦连续统电动力学作为一个子系统，并将总能量-动量张量写成麦克斯韦电磁子系统能量-动量张量和唯象材料子系统能量-动量张量之和。我们证明了麦克斯韦连续电动力学违反了物理学的基本原理，麦克斯韦连续电动力学补充的材料子系统猜想违反了物理学的基本原理。利用场论推导了透明线性磁介质中宏观电磁场的合理方程。新的场方程是宏观电动力学、守恒定律、狭义相对论和连续线性介质中的不变性的自洽公式的一部分。在新的公式中，时间和空间坐标被重整化的连续线性介质，而不是介电常数和磁导率被携带作为独立的材料参数。那么，一个各向同性、均匀、平坦、四维、连续、线性、非闵可夫斯基的时空是一个简单线性介质的连续电动力学的适当设置，在这个简单线性介质中，光的有效速度是$c/n$，每个介质将与不同的时空相关联。
2022-02-10 physics.class-ph physics.optics
Constraining Validity of the Minkowski Energy-Momentum Tensor
介质中电磁波存在两种常用的能量动量张量。亚伯拉罕表达式是强大的实验验证，但更数学上的要求，而闵可夫斯基表达式是在文献中常见的一些简化的基础，包括相对折射率变换经常用于建模光镊。这些简化是基于忽略闵可夫斯基张量的物质对应物，一个已知与角动量守恒不相容的过程，并且与实验结果相冲突，但它们在广泛的情况下非常成功。本文结合现有的限制，他们的使用与最近的理论分析，以获得一个列表的条件，可以满足安全地使用简化的闵可夫斯基方法。将这些条件应用于Padgett等人提出的实验，我们发现他们的预言与用总能量-动量张量得到的预言是一致的。
2009-02-22 physics.class-ph physics.optics
Energy-Momentum Tensor and Related Experimental Analysis of Electromagnetic Waves in Media
本文发现介质中电磁波的能量-动量张量与流体相似，基于电磁场与介质相互作用项提出守恒的新张量，同时导出 Minkowski 和 Abraham 动量，并自洽解释了多项光压与变形实验。
2023-08-24 physics.class-ph physics.optics
What Do Experiments in Optics tell us about Photon Momentum in Media?
为了深入理解唯象电动力学中Abraham-Minkowski能量-动量问题的复杂性，我们简要分析了辐射光学中的八种不同的实验情况。其中六个实验已经存在，而剩下的两个是对未来努力的建议。在前六个中，我们区分了三个不能提供介质中光子动量的信息，其余三个能够提供有用的信息。我们的一般结论是，亚伯拉罕-闵可夫斯基“问题”本质上是一个方便的问题。在实际的物理情况下，闵可夫斯基表达式是最自然的选择。此外，在规范的背景下，闵可夫斯基能量-动量张量是最方便的替代方法，因为这个张量是无发散的，导致总辐射动量和能量组成一个四矢量，尽管特别是一个类空矢量。
2013-10-14 physics.optics quant-ph
Electromagnetic momentum and the energy-momentum tensor in a linear medium with magnetic and dielectric properties
在连续介质中，能量-动量张量体现了能量守恒、线动量守恒和角动量守恒之间的关系。利用具有完整运动方程的线性封闭系统中定义明确的总能量和总动量，构造了具有磁性和介电性质的静止简单线性材料的总能量-动量张量，该材料由穿过梯度折射率减反射膜的准单色光脉冲照射.围绕亚伯拉罕和闵可夫斯基动量的令人困惑的问题被完全用守恒原理、总能量和总动量来处理。基于无痕、对称的总能量动量张量的物质四散度，我们导出了宏观场的电磁连续性方程和运动方程。我们确定宏观麦克斯韦方程组和守恒原理的连续形式之间的矛盾。我们解决的矛盾，这是实际的根本问题的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议，通过构建一个统一的版本的连续电动力学是基于建立之间的一致性三维麦克斯韦方程组宏观场，电磁连续性方程，四个发散的总能量动量张量，以及简单线性介质中宏观场电动力学的四维张量公式。
2015-02-11 physics.class-ph physics.optics
Photon Momentum in Linear Dielectric Media
根据科学文献，光子在简单线性电介质中的动量是$\hbarω/(nc)$或$n\hbarω/c$，其中单位矢量${\bf \hat e}_k$在传播方向上。这些动量通常用于争论百年之久的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议，其中电介质中电磁场的动量密度是亚伯拉罕动量密度${\bf g}_A={\bf E}\times{\bf H}/c$或闵可夫斯基动量密度${\bf g}_M={\bf D}\times{\bf B}/c$。在光在电介质中传播的特定情况下，基本光激发（光子）通常称为偏振。应用相对论能量公式，我们发现电介质中极化激元的总动量为$\hbarω{\bf \hat e}_k/c$，对应于总动量密度${\bf g}_T=n{\bf E}\times{\bf B}/c$。
2015-11-16 physics.optics
Momentum of the Electromagnetic Field in Transparent Dielectric Media
我们提出的论点赞成的命题，即光的动量内的透明电介质是算术平均的闵可夫斯基和亚伯拉罕动量。利用从静止到运动参考系的场（和坐标）的洛伦兹变换，我们证明了两个参考系之间电磁能量和动量的一致变换。我们还研究了静态的动量（即，时间无关的）电磁场，并表明之间存在的紧密联系的坡印廷矢量和动量密度延伸到整个频谱的零频率限制。在本文给出的具体例子中，非吸收介质材料内部的静态场具有闵可夫斯基动量。
2012-07-26 physics.class-ph physics.optics
Quantum Vacuum Contribution to the Momentum of the Dielectric Media
分析了物质与电磁场之间的动量传递。相关的运动方程和守恒定律推导使用相对论形式主义。他们的对应关系的各种，乍一看自相矛盾，实验数据（所谓的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议）证明。预言了一种新的类Casimir量子现象：真空涨落对介电液体在电场和磁场交叉作用下运动的贡献。由于高频真空模式的贡献，可以预期$50nm/s$附近的速度。
2003-04-28 cond-mat.other physics.optics
On the Mechanical Interaction of Light With Homogeneous Liquids
我们调查的三个竞争模型描述光与电介质的机械相互作用的后果之一。根据亚伯拉罕和闵可夫斯基模型的时间平均力密度是零内均匀的电介质，而感应电流洛伦兹力模型预测非零的力密度。我们认为，后者的力量，如果存在的话，可以驱动一个均匀的流体内部的流体动力学流动。我们的数值实验表明，这样的流动有不同的空间模式，并可能影响粒子的动力学在水基单光束光阱。
2013-05-01 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic Momentum Conservation in media
静电场和磁场可以储存动量，这可能令人困惑，但这是确保动量守恒所必需的。这种场动量转移到附近物体和点电荷的简单情况经常被认为是出于教学目的，通常假设真空环境。然而，如果涉及电介质，分析就变得更加微妙，尤其是因为人们遇到了物质中的电磁能量-动量问题，即“亚伯拉罕-闵可夫斯基之谜”，即光子在物质中的动量是什么。我们分析的动量平衡在三个非平凡的例子遵守方位角对称性，显示如何满足动量守恒的磁场衰减和动量转移到本机构。在最后一个例子中，即在无限磁场中的电介质球外的点电荷的例子中，我们发现并非所有的场动量都转移到附近的物体上;一部分动量似乎随着朝向无穷大的动量通量而消失。我们讨论这个和其他令人惊讶的观察，可以归因于无限范围的磁场的假设。我们强调如何保守量的形式参数不能确定哪个能量动量张量是更“正确”的，我们的每一个保守检查可以同样很好地执行闵可夫斯基或亚伯拉罕框架。
2010-07-26 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Momentum considerations inside near-zero index materials
已知近零折射率（NZI）材料，即具有接近零的相位折射率的材料，增强或抑制光-物质相互作用。基本辐射过程的大多数理论推导依赖于能量考虑和细致平衡方程，而不是动量考虑。由于动量交换也应该被纳入理论模型，我们研究了三类NZI材料内部的动量，即ε和μ近零（EMNZ），ε近零（ENZ）和μ近零（MNZ）材料。在色散材料中Abraham-Minkowski争论的背景下，我们证明了在所有类别的NZI材料中光的Minkowski正则动量为零，而在ENZ和MNZ材料中光的Abraham-kinetic动量为零，但在EMNZ材料中不为零。我们从理论上证明了NZI材料中的动量反冲、光场向原子的动量转移和多普勒频移都受到了抑制。基本的辐射过程抑制也解释了由于三维NZI材料内的动量考虑。最后，在狭缝实验中没有衍射图样被认为是零闵可夫斯基动量的结果。这些发现对于更好地理解纳米尺度下的基本光-物质相互作用以及激光应用具有吸引力。
2021-08-21 physics.optics quant-ph
Energy-Momentum Tensor for the Electromagnetic Field in a Dielectric
一个封闭系统的总动量和总能量都是唯一的。然而，对于与线性介质相互作用的电磁场的动量和能量-动量张量的正确形式仍然存在着混淆。在这里，我们研究的能量和动量在一个封闭的系统组成的传播电磁场和可忽略反射电介质。戈登动量很容易被识别为总动量，因为它在时间上是不变的，是守恒的。我们构造的能量和戈登动量的连续性方程，并使用连续性方程来构建一个阵列，具有无痕，对角对称的能量动量张量的属性。那么，长达一个世纪的亚伯拉罕-闵可夫斯基动量之争可以被看作是试图从连续性方程中构造能量-动量张量的结果，连续性方程包含对应于非守恒量的密度。
2015-02-11 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic momentum in a dielectric and the energy--momentum tensor
亚伯拉罕-闵可夫斯基动量之争是在简单线性电介质中的平面准单色场的情况下，能量-动量张量的使用不一致的明显症状。我们证明了电磁动量的Gordon形式在一个非线性封闭系统中是守恒的。我们认为，能量-动量张量的基本性质之一是能量封闭系统中四个动量分量的守恒。然后能量-动量张量的第一行和第一列由电磁能量密度和戈登动量密度填充。我们推导出新的电磁连续性方程的电磁能量和动量的戈登动量密度的基础上。这些连续性方程可以用一个物质四发散算子表示，在这个算子中，时间微分是相对于ct/n进行的。
2012-11-08 physics.class-ph physics.optics
Electromagnetic Momentum in Dispersive Dielectric Media
当考虑色散效应时，亚伯拉罕和闵可夫斯基关于电介质中电磁动量的表达式都不能给出辐射的吸收体或发射体的正确反冲动量。与电介质中的场相关的总动量密度有三个贡献：（i）场的亚伯拉罕动量密度，（ii）与亚伯拉罕力相关的动量密度，以及（iii）由介质对场的响应的色散部分产生的动量密度，后者显然具有由D.F. Nelson [Phys.Rev.A44，3985（1991）]。所有这三个贡献都需要在电介质中的吸收体或发射体的反冲动量守恒。我们考虑交换的动量和作用在可极化粒子上的力（例如，当光脉冲入射到宿主电介质上时，宿主电介质中的原子或小电介质球），包括电介质的色散以及粒子对场的响应中的色散分量。在慢光介质中，这种力可以大大增加。
2009-10-05 physics.optics
Conservation of energy and momentum for an electromagnetic field propagating into a linear medium from the vacuum
当一个准单色场传播进入并穿过一个涂有抗反射涂层的、无源的、透明的、连续的、线性磁介质时，能量动量张量的形式，最初在局部框架中静止，仍然存在争议。闵可夫斯基能量动量张量是电磁场守恒定律的主要组成部分。一个多世纪以来，人们已经知道电磁守恒定律是不可靠的，这一点可以通过提出替代能量-动量张量来改善已知的物理缺陷（违反角动量和线动量守恒）以及通过引入各种物质能量-动量张量和耦合力来修复或完善定律来证明。现有的解决方法是把连续统电磁系统看作一个子系统，在子系统中加入一个唯象的物质子系统能量动量张量。我们表明，四发散的总，电磁加上材料，能量动量张量产生的能量连续性定理，其中两个非零项取决于不同的权力的折射率$n$。那么现存的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议的解决方案是自相矛盾的。
2022-11-17 physics.class-ph physics.optics
Maxwell's macroscopic equations, the energy-momentum postulates, and the Lorentz law of force
我们认为，电磁学的经典理论是基于麦克斯韦的宏观方程组，能量公设，动量公设，和广义形式的洛伦兹定律的力量。这七个假设构成了一个完整和一致的理论的基础，从而消除了对实际（即，极化P和磁化M的物理）模型，这些是麦克斯韦宏观方程的显着特征。在所提出的公式中，P（r，t）和M（r，t）是空间和时间的任意函数，它们的物理性质嵌入在理论的七个假设中。这些假设是自洽的，符合狭义相对论的要求，并满足能量守恒定律、线动量定律和角动量定律。这个公式的一个优点是，它通过简单地将亚伯拉罕动量密度E（r，t）x H（r，t）/c^2“分配”给电磁场，从而避开了围绕物质介质内电磁动量的长期存在的亚伯拉罕-闵可夫斯基争议。因此，这种明确定义的动量被认为是普适的，因为它不取决于场是传播的还是消逝的，以及主介质是否是均匀的、透明的、各向同性的、色散的、磁性的、线性的等。在物质系统的每一点上，局部和瞬时的动量密度都是唯一的、明确的，是用位于这点。根据广义洛伦兹定律，封闭系统的总电磁动量随时间的任何变化都会导致施加在系统内物质介质上的力。
2013-12-12 physics.class-ph physics.optics
Comment on "Trouble with the Lorentz Law of Force: Incompatibility with Special Relativity and Momentum Conservation"
我们提出了一个解决方案的明显的悖论之间的不相容性的洛伦兹力定律和狭义相对论提出的Mansuripur [物理。108，193901（2012）]。本文还提出了明显的悖论与亚伯拉罕-闵可夫斯基关于物质介质中电磁波动量的争论之间的联系。
2013-01-11 physics.gen-ph physics.optics
Optical Momentum, Spin, and Angular Momentum in Dispersive Media
我们研究了色散非均匀各向同性介质中结构单色光场的动量、自旋和轨道角动量。在这个一般性问题中有两个分歧：亚伯拉罕-闵可夫斯基困境和动力学（类坡印廷）与正则（自旋轨道）图像。我们表明，动力亚伯拉罕动量描述的能量通量和群速度的波在介质中。同时，我们引入了新的正则Minkowsky型动量，自旋和轨道角动量密度的字段。这些量表现出相当自然的形式，类似于布里渊能量密度，以及与先前考虑的形式主义相比的多个优点。我们应用这个一般的理论，非均匀表面等离子体激元（SPP）波在金属真空界面，并表明，SPP进行“超动量”，成比例的波矢量$k_{p} > ω/c$，和横向自旋，它可以改变其符号取决于频率$ω$。
2017-07-26 physics.optics
Zitterbewegung, momentum and spin dynamics of electromagnetic waves in linear dielectric medium
本文通过研究介电介质中电磁波与偶极子的耦合动力学，统一解释了 Abraham 与 Minkowski 动量争议，并预言了由螺旋度混合引起的颤动运动现象。
2025-09-22 physics.optics quant-ph
Radiation pressure and the linear momentum of light in dispersive dielectric media
本文导出了准单色平面波从自由空间入射到半无限介质平面上的辐射压力的精确表达式。为了解释传输到电介质的总光学动量（入射加反射），必须将介质获得的机械动量添加到电介质内部的电磁动量（所谓的亚伯拉罕动量）的流速中。我们证实了电磁动量在介质中以光的群速度传播。光子拖曳效应，在半导体中捕获的光子似乎有闵可夫斯基动量，通过分析一个模型系统，包括一个薄的吸收层嵌入在一个透明的电介质解释。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Radiation pressure on a dielectric wedge
电磁辐射作用在电介质上的力可以直接应用经典电动力学的洛仑兹定律导出。当光的电场作用于介质中的（感应的）束缚电荷时，其磁场对束缚电流施加力。我们使用的例子楔形固体电介质，沉浸在一个透明的液体和照明在布鲁斯特角，证明电磁场的线性动量内的电磁场既没有闵可夫斯基和亚伯拉罕的形式;相反，正确的表达的动量密度有相等的贡献。这样表示的入射动量的时间变化率等于作用在楔形物上的力加上周围液体所受的力。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Momentum of light in complex media
运动介质的唯象宏观电动力学中的一个重要问题是物质中电磁场的能量和动量的定义。令人惊讶的是，这个主题已经显示出了显着的寿命，尽管有许多理论和实验研究，但物质中的电磁能量和动量问题仍然是开放的。我们概述了光在物质中的动量的定义，并表明，为了正确理解这个问题，需要仔细区分的情况下，材料介质被建模为光的背景或作为整个系统的动态部分。阐明了电磁场的Minkowski和Abraham能量-动量张量在两种特殊类型的复杂物质（自旋流体和液晶介质）中的地位，并总结了在一般各向异性运动物质介质（线性本构律）中的地位。
2022-08-23 physics.class-ph physics.optics
Decomposition of the Total Electromagnetic Momentum in a Linear Dielectric into Field and Matter Components
亚伯拉罕-闵可夫斯基电磁动量争论的长期解决方案是基于将封闭连续电动力学系统的总动量分解为单独的场和物质分量。使用一个简单的线性电介质的微观模型，我们推导出拉格朗日方程的电偶极子的运动，并表明，电介质可以被视为一个固定的简谐振子的集合，由电场驱动，并产生一个极化场的响应。宏观的能量和动量是根据电、磁和极化场来定义的，这些场作为电磁辐射脉冲一起穿过电介质。我们的结论是，宏观能量和宏观动量是完全电磁性质的一个简单的线性电介质在没有显着的反射。
2013-10-21 physics.optics
A tutorial on the conservation of momentum in photonic time-varying media
时变媒体打破了时间对称性，同时保持空间对称性不变。因此，它代表了一个很好的概念框架，调查的基本含义的诺特定理的电磁场。与此同时，解决随时间变化的介质中的动量守恒揭示了亚伯拉罕-闵可夫斯基的辩论，其中两种相反形式的电磁场动量进行了辩护。在这里，我们提出了一个教程回顾在随时间变化的媒体动量守恒。我们通过三种独立的方法证明了闵可夫斯基动量是一个守恒量，这些方法的复杂性不断增加：（i）通过在时间边界上应用麦克斯韦方程组的边界条件，（ii）测试运动常数并推导出守恒定律，以及（iii）在电磁场拉格朗日理论的框架内应用时间和空间平移。每种方法都提供了对问题的不同和互补的见解。
2023-01-09 physics.optics
Mass-polariton theory of light in dispersive media
我们最近证明了介质中的电磁场是由质量极化子（MP）准粒子组成的，它们是场和原子质量密度波（MDW）的量子化耦合态[Phys. Rev. A 95，063850（2017）]。在这项工作中，我们推广的MP理论的光色散介质假设的吸收和散射损失是非常小的。在前人工作的基础上，我们提出了两种不同的光理论方法：（1）MP准粒子理论，它只利用基本守恒定律和洛伦兹变换导出;（2）经典光弹性连续动力学（OCD），它是连续介质电动力学的推广，包括在光学力影响下的介质动力学。对于单光子与介质耦合的MP态，当光场的动量份额等于Abraham动量时，我们得到了Minkowski形式的MP总动量。我们还表明，MP和OCD模型之间的对应关系和界面处的动量守恒给出了一个明确的公式的光学力。光脉冲的动力学和相关的MDW导致介质的非平衡，并以与非色散介质相同的方式通过声波导致原子密度的弛豫。我们还进行了模拟的最佳测量原子位移相关的硅中的MDW。在模拟中，我们考虑不同的波导截面和光脉冲宽度，并考虑材料的击穿阈值辐照度。我们还比较了MP理论与以前的色散介质中光的动量理论。我们表明，我们的广义MP理论解决了色散介质中与亚伯拉罕-闵可夫斯基困境相关的所有问题。
2017-12-26 physics.optics
Momentum of an electromagnetic wave in dielectric media
大约一百年前，人们提出了两种不同的表达式来表示介质中电磁波的能量-动量张量。闵可夫斯基的张量预测了波在进入电介质时的线性动量会增加，而亚伯拉罕的张量则预测了它的减少。理论上的论点对双方都有利，实验证明无法区分两者。然而，更多的形式被提出，每一个都有他们的拥护者，他们认为他们提出的形式是唯一真正的张量。本文回顾了这场争论及其最终结论：没有电磁波能量-动量张量是完全的。当适当的伴随能量-动量张量的物质介质也被认为是，所有的各种建议张量的实验预测将永远是相同的，因此，优选的形式是有效的个人选择的问题。
2009-02-22 physics.class-ph physics.optics
Photon reflection by a quantum mirror: a wave function approach
我们从第一性原理推导出反射时光子和量子镜之间的动量交换，通过考虑由镜面对光子波动方程施加的边界条件。我们表明，系统通常最终在纠缠态，除非镜的位置不确定性是远远小于光子波长，当镜子的行为经典。我们的处理使我们直接得出这样的结论：光子动量具有已知的值hk/2π。这意味着当反射镜浸没在电介质中时，光子辐射压力与介质折射率n成比例。因此，我们的工作有助于亚伯拉罕-闵可夫斯基关于介质中光的动量的长期争论。我们通过将闵可夫斯基动量（与n成正比）与光的正则动量相关联来解释结果，正则动量自然出现在量子公式中。
2016-01-15 physics.optics quant-ph
Theory of the radiation pressure on magneto-dielectric materials
我们提出了一个经典的磁介质材料的线性响应理论，并确定了极化激元色散关系。得到了电磁场的涨落谱，并给出了它们的光学参量的极化激元和规则。对具有多个极化激元分支的系统的电磁场进行了三维量子化，并将场算符转换为适合于平行光束的一维形式。我们表明，场算子交换关系同意与以前的计算，忽略极化激元效应。亚伯拉罕（动力学）和闵可夫斯基（正则）动量算符的介绍和相应的单光子动量的识别。这些和它们的角类似物的对易关系支持识别，特别是闵可夫斯基动量与光的正则动量。我们利用麦克斯韦方程组的Heaviside-Larmor对称性，非常直接地得到作用在磁介质上的Einsetin-Laub力密度。计算了光脉冲入射到半无限大样品时，样品表面和体积对辐射压力的贡献。
2015-02-18 physics.optics quant-ph
Hidden momentum in a hydrogen atom and the Lorentz force law
利用微扰理论，我们证明了一个氢原子的磁矩是由电子的轨道角动量引起的，在外加电场的存在下，该氢原子具有“隐藏动量”。这意味着由于相对论效应，原子电子云在其质心静止坐标系中具有非零的线性动量。这完全类似于经典电流回路在存在外部电场时所具有的隐藏动量。我们讨论了这种效应对于量子系统中洛伦兹力定律的有效性是必不可少的。我们还将我们的结果与亚伯拉罕-闵可夫斯基关于物质媒介中光的动量的长期争论联系起来。
2015-11-17 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Theory of Refraction, Ray-Wave Tilt, Hidden Momentum, and Apparent Topological Phases in Isotropy-Broken Materials based on Electromagnetism of Moving Media
本文从运动介质电磁学出发，揭示闵可夫斯基与亚伯拉罕动量之差与折射及射线-波前倾斜的内在联系，并证明动量倾斜仅在各向同性破缺材料中出现，同时阐明运动参考系下材料表观拓扑相的变化。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Determining the Increase or Decrease of Photon Momentum: Dielectric or Plasmonic Mie Object at Air-Liquid Interface
虽然界面牵引光束实验支持光子动量的增加（即，闵可夫斯基动量），但在物质内部，光子的动量是否总是增加，仍是一个有待研究的问题。在考虑非均匀或非均匀背景的情况下，我们证明了当背景和半浸没物体都是非吸收的时，传递到物体上的光子动量可以看作是在界面处的Minkowski动量。相反，物质内部损失的存在，无论是在半浸没的物体（即，等离子体激元或有损耗电介质）或背景中，改变了整个情况。对于这种情况，我们的几个论证和提出的思想实验都有力地支持光子动量的减少，而不是通常认为的增加。尽管迄今为止几乎所有的主要辐射压力实验都支持光子动量线性增加的观点，但我们提出的简单实验装置可能为观察和验证与之完全相反的光子亚伯拉罕动量提供一种新的方法。最后，作为一个有趣的人行道，基于几个参数，一个基于机器学习的系统已经被开发出来，以预测在很短的时间内光子的转移动量，避免了耗时的完全模拟。
2018-11-02 physics.optics
