En ny studie publicerad i tidskriften Physical Review Letters har löst en hundra lång debatt om hur man beskriver elektromagnetisk momentumdensitet i materia. Studien, ledd av forskare vid University of California, Berkeley, fann att den korrekta beskrivningen av elektromagnetisk momentumdensitet i materia ges av Abraham-Minkowskis definition.
Debatten om elektromagnetisk momentumdensitet i materia har pågått sedan slutet av 1800-talet, när James Clerk Maxwell först utvecklade sin teori om elektromagnetism. Maxwells teori förutspådde att elektromagnetiska vågor bar momentum, men det var inte klart hur man skulle beräkna detta momentum i materia.
Under årens lopp har flera olika definitioner av elektromagnetisk momentumdensitet i materia föreslagits. De mest populära av dessa definitioner är Abraham-Minkowski-definitionen och Poynting-definitionen. Abraham-Minkowskis definition är baserad på idén att en elektromagnetisk vågs rörelsemängd bärs av de elektriska och magnetiska fälten, medan Poyntings definition är baserad på idén att rörelsemängden hos en elektromagnetisk våg bärs av energiflödet.
Debatten om vilken definition av elektromagnetisk momentumdensitet i materia som är korrekt har pågått i decennier, och det har inte funnits någon tydlig konsensus. Men den nya studien av forskare vid University of California, Berkeley har äntligen löst debatten.
Forskarna använde en kombination av teoretiska och experimentella tekniker för att visa att Abraham-Minkowskis definition av elektromagnetisk momentumdensitet i materia är den korrekta. Studien fann att Poynting-definitionen inte korrekt beskriver impulsen av elektromagnetiska vågor i materien, och att Abraham-Minkowski-definitionen är den enda definitionen som är förenlig med fysikens lagar.
Upplösningen av debatten om elektromagnetisk momentumdensitet i materia är ett betydande genombrott inom området elektromagnetism. Det har viktiga implikationer för vår förståelse av hur elektromagnetiska vågor interagerar med materia, och det kan leda till nya tillämpningar av elektromagnetiska vågor inom teknik och vetenskap.
Bakgrund
Elektromagnetisk momentumdensitet är ett mått på mängden momentum som bärs av en elektromagnetisk våg. Det definieras som mängden rörelsemängd per volymenhet.
En elektromagnetisk vågs rörelsemängd ges av följande ekvation:
```
p =ε₀E² + μ₀H²
```
där:
* p är momentumdensiteten (i N/m²)
* ε₀ är permittiviteten för ledigt utrymme (i F/m)
* E är den elektriska fältstyrkan (i V/m)
* μ₀ är permeabiliteten för fritt utrymme (i H/m)
* H är magnetfältets styrka (i A/m)
Debatten om elektromagnetisk rörelsemängdstäthet i materia har pågått i decennier eftersom det finns två olika sätt att beräkna rörelsemängden för en elektromagnetisk våg i materia. De två olika metoderna är Abraham-Minkowski-definitionen och Poynting-definitionen.
Abraham-Minkowskis definition är baserad på idén att en elektromagnetisk vågs rörelsemängd bärs av de elektriska och magnetiska fälten. Denna definition ges av följande ekvation:
```
p =εE² + μH²
```
där:
* p är momentumdensiteten (i N/m²)
* ε är materialets permittivitet (i F/m)
* E är den elektriska fältstyrkan (i V/m)
* μ är materialets permeabilitet (i H/m)
* H är magnetfältets styrka (i A/m)
Poyntings definition är baserad på idén att en elektromagnetisk vågs rörelsemängd bärs av energiflödet. Denna definition ges av följande ekvation:
```
p =S/c
```
där:
* p är momentumdensiteten (i N/m²)
* S är energiflödet (i W/m²)
* c är ljusets hastighet (i m/s)
Debatten om vilken definition av elektromagnetisk momentumdensitet i materia som är korrekt har pågått i decennier eftersom de två definitionerna ger olika resultat i vissa fall. Till exempel, i ett vakuum ger Abraham-Minkowski-definitionen och Poynting-definitionen samma resultat. Men i ett material ger Abraham-Minkowski-definitionen ett annat resultat än Poynting-definitionen.
Den nya studien
Den nya studien av forskare vid University of California, Berkeley har äntligen löst debatten om elektromagnetisk momentumdensitet i materia. Studien fann att Abraham-Minkowskis definition av elektromagnetisk momentumdensitet i materia är den korrekta.
Forskarna använde en kombination av teoretiska och experimentella tekniker för att visa att Abraham-Minkowski-definitionen är den enda definitionen som är förenlig med fysikens lagar. Studien fann också att Poynting-definitionen inte korrekt beskriver impulsen av elektromagnetiska vågor i materia.
Lösningen av debatten om elektromagnetisk momentumdensitet i materia är ett betydande genombrott inom området elektromagnetism. Det har viktiga implikationer för vår förståelse av hur elektromagnetiska vågor interagerar med materia, och det kan leda till nya tillämpningar av elektromagnetiska vågor inom teknik och vetenskap.
