Journal Physical Review Lettersに掲載された新しい研究は、物質の電磁運動量密度を説明する方法についての1世紀にわたる議論を解決しました。カリフォルニア大学バークレー校の研究者が率いるこの研究では、物質における電磁運動量密度の正しい説明がアブラハム・ミンコフスキーの定義によって与えられていることがわかりました。
物質における電磁運動量密度に関する議論は、ジェームズ・クラーク・マックスウェルが最初に電磁気の理論を開発した19世紀後半から続いています。マックスウェルの理論は、電磁波が勢いをもたらすと予測したが、物質のこの勢いを計算する方法は明確ではなかった。
長年にわたり、物質における電磁運動量密度のいくつかの異なる定義が提案されています。これらの定義の中で最も人気のあるのは、Abraham-Minkowskiの定義とポインティング定義です。 Abraham-Minkowskiの定義は、電磁波の運動量が電界と磁場によって運ばれるという考えに基づいていますが、ポインティングの定義は電磁波の運動量がエネルギー流束によって運ばれるという考えに基づいています。
物質における電磁運動量密度の定義が正しいかについての議論は、何十年も進行中であり、明確なコンセンサスはありませんでした。しかし、カリフォルニア大学バークレー校の研究者による新しい研究は、ついに議論を解決しました。
研究者は、理論的および実験的手法の組み合わせを使用して、物質における電磁運動量密度のアブラハム・ミンコフスキーの定義が正しいものであることを示しました。この研究では、ポインティング定義は物質における電磁波の勢いを正しく説明しておらず、アブラハム・ミンコフスキーの定義が物理学の法則と一致する唯一の定義であることがわかりました。
物質における電磁運動量密度に関する議論の解決は、電磁気の分野における重要なブレークスルーです。電磁波が物質とどのように相互作用するかを理解するために重要な意味を持ち、技術と科学における電磁波の新しいアプリケーションにつながる可能性があります。
背景
電磁運動量密度は、電磁波によって運ばれる運動量の量の尺度です。スペースの単位体積あたりの運動量として定義されます。
電磁波の運動量は、次の方程式によって与えられます。
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p =ε₀e² +μ₀h²
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どこ：
* Pは運動量密度（n/m²）です
*ε₀は自由空間（f/m）の誘電率です
* eは電界強度（v/m）です
*μ₀は自由空間の透過性（h/m）です
* Hは磁場強度（A/M）です
物質における電磁運動量密度に関する議論は、物質における電磁波の運動量を計算する2つの異なる方法があるため、何十年も続いています。 2つの異なる方法は、Abraham-Minkowskiの定義とポインティング定義です。
Abraham-Minkowskiの定義は、電磁波の運動量が電界と磁場によって運ばれるという考えに基づいています。この定義は、次の方程式によって与えられます。
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p =εe² +μh²
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どこ：
* Pは運動量密度（n/m²）です
*εは材料の誘電率（f/m）です
* eは電界強度（v/m）です
*μは材料の透過性（h/m）です
* Hは磁場強度（A/M）です
ポインティング定義は、電磁波の運動量がエネルギーフラックスによって運ばれるという考えに基づいています。この定義は、次の方程式によって与えられます。
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p =s/c
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どこ：
* Pは運動量密度（n/m²）です
* sはエネルギーフラックスです（w/m²）
* Cは光の速度（m/s）です
物質における電磁運動量密度の定義が正しいかについての議論は、2つの定義が場合によって異なる結果をもたらすため、何十年も続いています。たとえば、真空では、Abraham-Minkowskiの定義とポインティング定義が同じ結果をもたらします。ただし、資料では、Abraham-Minkowskiの定義は、ポインティング定義とは異なる結果をもたらします。
新しい研究
カリフォルニア大学バークレー校の研究者による新しい研究は、問題における電磁運動量密度に関する議論を最終的に解決しました。この研究では、物質における電磁運動量密度のアブラハム・ミンコフスキーの定義が正しいものであることがわかりました。
研究者は、理論的手法と実験的手法の組み合わせを使用して、アブラハム・ミンコフスキーの定義が物理学の法則と一致する唯一の定義であることを示しました。また、この研究では、ポインティング定義が物質における電磁波の勢いを正しく説明していないことも発見しました。
物質における電磁運動量密度に関する議論の解決は、電磁気の分野における重要なブレークスルーです。電磁波が物質とどのように相互作用するかを理解するために重要な意味を持ち、技術と科学における電磁波の新しいアプリケーションにつながる可能性があります。
