Electromagnetic Force and Momentum in Classical Macroscopic Dipolar Media
本文通过微观偶极子模型证明爱因斯坦-劳布宏观电磁力等于微观力之和，并推导隐藏动量，确认亚伯拉罕/爱因斯坦-劳布动量密度优于闵可夫斯基，且实验验证其正确性。
2023-11-19 physics.class-ph
Force, Torque, Linear Momentum, and Angular Momentum in Classical Electrodynamics
经典电动力学理论建立在麦克斯韦方程组和电磁场、力、能量和动量的概念之上，这些概念通过坡印廷定理和洛伦兹力定律紧密联系在一起。麦克斯韦方程将电磁场与其物质源联系起来，而坡印廷定理则控制电磁能量的流动及其在电磁场和物质介质之间的交换，而洛伦兹定律则控制介质和电磁场之间的动量来回传递。爱因斯坦和劳布首先提出了另一种力定律，它与麦克斯韦方程组一致，并符合守恒定律和狭义相对论的要求。虽然洛伦兹定律要求在电场作用于磁化介质的情况下引入隐藏的能量和隐藏的动量，但电磁力和扭矩的爱因斯坦-劳布（E-L）公式在这种情况下并不调用隐藏的实体。此外，由电磁场施加在任何给定物体上的总力/扭矩与力/扭矩的密度是否使用洛伦兹定律或爱因斯坦和劳布定律进行评估无关。除了隐藏的实体，这两种公式的不同之处仅在于它们预测的物质内部的力和扭矩分布。这种分布上的差异有时是可以测量的，可以作为指导，以决定哪一种表述符合物理现实。
2017-09-21 physics.class-ph physics.optics
Unraveling the Angular Symmetry of Optical Force in a Solid Dielectric
电磁力的教科书式是19世纪由洛伦兹提出的，但由于与狭义相对论和动量守恒不相容，其有效性受到了质疑。Einstein-Laub公式可以作为Lorentz公式的替代，它可以调和这些冲突。然而，由于缺乏实验证据，关于确切的力的激烈争论仍在继续。在这里，我们报告的第一个实验研究的角度对称性的光学力内的固体电介质，旨在区分这两种配方。实验令人惊讶地表明，由高斯光束施加的光学力具有角模数为2和0的分量，这不能单独用洛伦兹或爱因斯坦-劳布公式来解释。相反，我们发现一个修正的亥姆霍兹理论结合洛伦兹力与额外的电致伸缩力可以解释我们的实验结果。我们的研究结果代表了在确定正确的力公式方面的一个根本性飞跃，并将更新涉及电磁力的许多应用的工作原理。
2021-05-24 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Nature of the electromagnetic force between classical magnetic dipoles
经典电动力学的洛伦兹力定律指出，磁感应强度B施加在以速度V运动的电荷为q的粒子上的力F由F= qvB给出。由于这个力与运动方向垂直，因此可以说磁场无法进行机械功。然而，不可否认的是，一个永磁体可以很容易地通过推/拉另一个永磁体来完成机械功--或者通过吸引可磁化材料的碎片，如废铁或铁屑。我们解释这个明显的矛盾，通过检查磁洛伦兹力作用于安培电流回路，这是一个磁偶极子的模型。然后，我们通过分析外部磁场存在下的磁偶极子的爱因斯坦-劳布模型来扩展讨论。
2017-09-09 physics.class-ph
Lorentz transformation in Maxwell equations for slowly moving media
利用相对论磁流体力学中广泛使用的场分解方法，研究了慢运动介质中麦克斯韦方程组中洛伦兹变换的小速度近似。在实验室坐标系下，在SVA下导出的“变形”麦克斯韦方程组，可以转化为介质共运动坐标系下的常规形式的麦克斯韦方程组。我们的结果表明，在SVA中的洛伦兹变换直到$O(v/c)$（$v$是介质的速度，$c$是真空中的光速）对于推导这些方程是必不可少的：即使在SVA中，当变换到不同的坐标系时，时间和电荷密度也必须改变，而不仅仅是伽利略变换中的位置和电流密度。这是洛伦兹变换与伽利略变换的本质区别。我们证明了缓慢运动表面的法拉第方程和安培方程的积分形式与麦克斯韦方程组是一致的。我们还提出了法拉第方程的协变积分形式，其中电动势可以被定义为一个与观察者坐标系无关的洛伦兹标量。没有证据支持对麦克斯韦方程组进行扩展或修改。
2022-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-ph
Trouble with the Lorentz Law of Force: Response to Critics
在最近的一篇论文[arXiv：1205.0096]中，我们质疑了洛伦兹力定律在包含电偶极子和/或磁偶极子的物质介质中的有效性。许多作者批评了我们的方法和结论。本文试图回答这些批评，并详细阐述相关问题。
2012-11-15 physics.class-ph physics.optics
Radiation pressure and the linear momentum of the electromagnetic field in magnetic media
我们研究的力的电磁辐射的线性，各向同性，均匀介质中指定的电容率ε和磁导率μ。提出了磁化强度M上的电磁洛伦兹力的公式，这里将其视为安培电流回路。使用所提出的公式，我们证明了动量守恒在几种情况下，是经得起严格的分析的基础上，经典的麦克斯韦方程组，洛伦兹定律的力量，和本构关系。我们的分析产生精确的表达式的介质内的电磁和机械动量的密度指定的（μ，μ）参数。这种分析的一个有趣的结果是确定了一种“内禀”机械动量密度ExM/c^2，它类似于电磁（或亚伯拉罕）动量密度ExH/c^2。(Here E和H分别是电场和磁场的大小，c是真空中的光速。）在存在电场E的情况下，与磁化强度M相关的这种固有机械动量显然与W所预测的“隐藏”动量相同。Shockley和R. P. James在近40年前
2014-01-30 physics.class-ph physics.optics
Generalized Lorentz law and the force of radiation on magnetic dielectrics
麦克斯韦的宏观方程与广义洛伦兹定律的结合是一个完整而一致的集合;这五个方程不仅与狭义相对论完全相容，而且也符合能量、动量和角动量守恒定律。与电磁场相关的线动量密度为p_EM（r，t）=E（r，t）\timesH（r，t）/c^2，无论场是在真空中还是在有重介质中。[均匀、线性、各向同性介质通常由其电和磁导率ε_0 * ε（w）和μ_0 * μ（w）指定。]存在于有质量介质中的电磁动量通常被称为亚伯拉罕动量。当一个电磁波从自由空间进入介质时，它会以密度分布p_EM（r，t）确定的速率带来亚伯拉罕动量，该动量以光的群速度在介质中传播。根据牛顿第二定律，入射、反射和透射（电磁）动量的平衡随后作为机械力转移到介质。辐射场对介质的机械力也可以通过直接应用洛伦兹定律的广义形式来计算。这两种力的计算方法得出相同的结果，这是我们主张电动力学方程（麦克斯韦+洛伦兹）符合动量守恒定律的基础。当应用洛伦兹定律时，必须注意适当地考虑材料色散和吸收、材料边界处的不连续性以及有限的光束尺寸的影响。本文论证了磁介质中电磁力计算中的一些问题。
2012-08-03 physics.class-ph physics.optics
Energy, Momentum, and Force in Classical Electrodynamics: Application to Negative-index Media
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，动量公设和洛伦兹力定律的广义形式。这七个假设构成了一个完整和一致的理论的基础，从而消除了对极化P和磁化M的物理模型的需要-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，并满足能量守恒、线动量和角动量定律。亚伯拉罕动量密度p_EM（r，t）= E（r，t）\timesH（r，t）/c^2作为普遍的电磁动量出现，它不依赖于场是传播的还是消逝的，也不依赖于主介质是否是均匀的、透明的、各向同性的、线性的、色散的、磁性的、滞后的、负折射率的，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的物质介质上的力。
2012-07-28 physics.class-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
Resolution of the Abraham-Minkowski Controversy
在有质量介质中的光的动量有一个电磁部分和一个机械部分。动量的电磁部分的局部和瞬时密度由坡印廷矢量除以真空中光速的平方给出，而与电磁场的性质或材料介质的局部或全局性质无关。动量的机械部分与电磁场对介质的原子成分的作用有关，如洛伦兹力定律所规定的。正确解释和应用麦克斯韦-洛仑兹方程在物质体内，以及在其表面和界面是所有需要获得完整的图片光的动量，包括详细的数值在每一个点的空间和时间。Abraham-Minkowski关于物质介质中光的动量的争论持续了近一个世纪，这可能是由于对宏观麦克斯韦-洛伦兹理论的完整性和一致性认识不足，对物质边界处的电磁力和扭矩处理不当，和不适当的强调耦合电动力学方程的必要性，以正确处理机械动量的弹性理论。本文报道的解决方案的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争论的经典电动力学理论的框架内，没有诉诸这些复杂的和最终不必要的因素，如伪动量，特殊的表面力，替代能量动量张量，和隐藏的动量，造成了这么多的混乱，这么长一段时间。
2012-08-04 physics.class-ph physics.optics
Macroscopic electromagnetic stress tensor for ionized media
根据Mansuripur [Opt. Express 16，14821-14835（2008）]提出的论点，我们提出了一种适用于电离介质的宏观电磁应力张量的形式。广义洛伦兹力不仅包括极化力的作用，还包括对自由电荷和电流密度的影响。由此产生的张量用场D、B、E和H表示。它的表达为一个完全电离的介质受到外部电磁场的讨论，是等离子体守恒方程。并提出了一种实验鉴别装置。
2009-11-21 physics.class-ph physics.plasm-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
Radiation pressure and the distribution of electromagnetic force in dielectric media (II)
利用时域有限差分法（FDTD）计算了不同形状和光学性质的介质中及其周围的电磁场分布。借助于本构关系，我们继续计算束缚电荷和束缚电流密度，然后采用洛伦兹力定律来确定感兴趣的区域内的力密度的分布。对于几个简单的情况下，存在的解析解，这些解决方案被发现是完全符合我们的数值结果。我们还分析了更复杂系统中的场和力的分布，并讨论了我们的发现与实验观察的相关性。特别是，我们证明了单光束捕获的介质微球浸没在液体中的条件下，是典型的光镊。
2014-01-28 physics.class-ph physics.optics
Division of the momentum of electromagnetic waves in linear media into electromagnetic and material parts
提出了线性、非色散、非吸收电介质和磁介质中电磁波动量自然一致地划分为材料和电磁部分的方法。物质部分直接使用洛伦兹力定律计算，电磁动量密度具有与真空中相同的形式，而不显式依赖于介质的性质。通过在许多例子中得到正确的动量平衡方程，并通过使用一个gedanken实验表明该划分与爱因斯坦相对论的相容性，验证了处理的一致性。本文还对浸没在线性介质和磁性介质中的反射镜的辐射压强进行了实验预测。
2010-02-04 physics.class-ph physics.gen-ph physics.optics
Spacetime Deformations and Electromagnetism in Material Media
本文研究了各向异性介质中的电动力学与具有非零黎曼曲率张量的时空中的电动力学之间的关系。通过手征微分形式讨论了电磁学，指出了与拓扑自旋密切相关的旋光性和与拓扑挠率相关的法拉第旋转。这两个量都用磁势、电场、磁场和激励来定义。我们重新审视材料介质和相关的格林并矢的一些性质。还研究了铁素体的一些相关特性。众所周知，本构张量本质上等价于黎曼曲率张量。为了研究电磁波在物质介质中的传播，我们证明了它类似于考虑电磁波在真空中的传播，但这次是在弯曲的时空中，这是通过变形闵可夫斯基时空的洛伦兹度规得到的。时空变形使麦克斯韦方程组的形式保持不变。另外，弯曲时空中的麦克斯韦方程组与各向异性介质中的麦克斯韦方程组之间存在着密切的联系，这表明电磁学与时空性质有着深刻的联系。此外，波传播的几何方面可以用一种有效几何来描述，它代表了闵可夫斯基时空的洛仑兹度规的变形。
2005-03-07 physics.class-ph physics.gen-ph
Ponderomotive forces in electrodynamics of moving media: The Minkowski and Abraham approaches
在一般情况下，显式紧凑公式推导出的运动介质的宏观电动力学中的有质动力的Minkowski和亚伯拉罕方法。考虑Minkowski本构方程，利用Abraham能量-动量张量的特殊表示，得到了介质速度与空间坐标和时间任意相关情况下Abraham力和非定常外电磁场情况下Abraham力的简洁表达式。我们把亚伯拉罕方法和闵可夫斯基方法中有质动力之间的差异称为亚伯拉罕力，不仅考虑了静止介质，而且考虑了运动介质。在考虑协变的欧姆定律和本构Minkowski关系的情况下，导出了外电磁场作用于介质中传导电流的洛伦兹力。从物理学的角度追溯了有质动力的四维矢量定义为介质中电磁场的能量动量张量的四维发散的论证。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
