Столітня суперечка про те, який імпульс має світло в середовищі, отримала нове пояснення: обидві класичні теорії — Абрахама та Мінковського — виявилися правильними, якщо врахувати спін фотонів.
З часів початку ХХ століття фізики сперечалися, чи імпульс світла зростає при вході у матеріал (версія Мінковського), чи зменшується (версія Абрахама). Експерименти підтверджували обидва варіанти, що створювало парадокс. Це мало значення не лише для теорії, а й для практики — адже точне розуміння імпульсу світла лежить в основі таких технологій, як оптичні пінцети та лазерне охолодження.
У новій роботі, опублікованій у Physical Review A, автори показують: вирішення криється у властивості світла, яка часто залишається «за дужками» — спіні, тобто внутрішньому квантовому «скручуванні» електромагнітної хвилі. «Імпульс Мінковського відповідає проєкції імпульсу на спін, тоді як імпульс Абрахама відображає його середнє значення, яке безпосередньо пов’язане з силою Лоренца», — йдеться в дослідженні.
Для опису цього ефекту автор переписав рівняння руху світла у середовищі у формі, аналогічній рівнянню Дірака для електронів. Це дозволило трактувати спін фотонів як добре визначене квантове число та виявити ефект, подібний до зиттербевегунгу — «тремтливого руху», відомого у квантовій електродинаміці.
Таким чином, Абрахам і Мінковський описують не суперечливі, а комплементарні аспекти однієї й тієї ж структури, яку визначає спін світла. Це пояснює як викривлення променя у склянці води, так і силу, з якою фотони тиснуть на речовину.
Робота демонструє, що навіть давні парадокси можуть бути розв’язані шляхом переосмислення основних симетрій природи — і в цьому випадку світло знову підтвердило свій подвійний характер хвилі та частинки.
#Спін #світла #розвязав #столітню #фізичну #загадку
Source link
