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
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
Analysis of Recent Interpretations of the Abraham-Minkowski Problem
关于连续介质中电磁能量-动量张量的正确形式的100年之久的问题（通常称为亚伯拉罕-闵可夫斯基问题）继续引起人们的兴趣。我们提供了一个批判性的分析，最近在文献中提出的解释，在两种情况下-一个真正的实验辐射压力A。Kundu { \it等人}，很有智慧。报告{ \bf 7}，42538（2017）和一个计算机实验M。Partanen { \it等人}，Phys. Rev. A { \bf 95}，063850（2017）。
2018-10-26 physics.class-ph physics.optics
A Comparison between Abraham and Minkowski Momenta
在本文中，我比较亚伯拉罕和闵可夫斯基形式的动量有关的电磁波内的电介质或磁性材料。讨论是基于对表面电荷和电流以及作用于它们的力的仔细处理。虽然在电介质的情况下，亚伯拉罕动量从物理的角度来看肯定更有吸引力，但对于磁性材料，它建议用磁荷和相关磁流来解释。相反，磁性非导电材料的闵可夫斯基动量在安培模型中有一个自然的解释，其中动力学由作用在体电流和表面电流上的洛伦兹力决定。
2016-03-18 physics.class-ph physics.optics
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Beyond Fresnel Wave Surfaces: Off-Shell Photonic Density of States and Near-Fields in Isotropy-Broken Materials with Loss or Gain
Georgia Southern University（佐治亚南方大学）
本文将菲涅耳波面理论扩展至含损耗、增益或非互易性的介质，利用Om势方法将近场视为离壳模式，揭示非互易介质中光子态密度的洛伦兹展宽及其与比尔-布格-朗伯定律的联系，并阐明近场中动量表征的转变，为6G通信、光子态密度工程及非厄米光子学提供统一框架。
2025-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
