[新聞] 物理：光動量增加?還是減少?
http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2419
Sciscape新聞報導
[Jan 05, 2009]
物理：光動量增加?還是減少?
編輯 tslim 報導
光在透明的物質中傳播時，其動量到底是增加還減少？對於這個爭議了一百多年問題，科
學家試圖利用脈衝雷射光打入細光纖中，並觀察光纖的彎曲情況來回答這個問題。
光在物質中的速度比在真空中還慢，這是學過物理的人都知道的。因此在1908年德國數學
家Hermann Minkowski認為當光的速度減少，其動量應該增加。然而在隔一年，德國的物
理學家Max Abraham卻宣稱動量會隨著速度的減少而減少。從一般的物理定義來看，當速
度減少時，當然動量是減少的，因此Abraham似乎是對的。不過Minkowski是從量子物理的
觀點切入，認為當光的波長縮短(光在物質中，由於頻率不變，速度減少波長就隨之縮短)
，動量就隨之增加。許多的理論論證多指向Abraham是正確的，但是多數的實驗證據卻較
支持Minkowski。不過在實驗上有一個很大的困難點，就是要如何認定光在透明介質中的
動量。光在介質中複雜的動量傳遞會讓研究人員無法直接觀察到光的動量，使得之後對實
驗結果的解釋也會變得含糊不清。因此在實驗上要很小心的將光的動量與物質隔絕開來，
並避免一些不必要的效應進入，例如熱效應。
在中國廣州中山大學的物理學家Weilong She及其同僚在2008年12月12日出版的Physical
Reveiw Letters中發表了一個簡單的方法，可以直接量測到光從真空中到介質裏的動量變
化。她們利用0.5微米直徑，1.5釐米長的矽光纖設計了一個實驗。研究人員讓光纖垂直垂
吊著，並使用波長650奈米，270毫秒寬的脈衝雷射光從上方打入光纖中。當脈衝光從光纖
的下方出來時，若動量增加，則會造成光纖反彈(就像你一開始靜止站在船上，然後往船
外跳，你的動量增加，船就會被你往後推。)；反之若動量減少，則會有一股拉力把光纖
往下拉。她們觀察到當脈衝光出來時，光纖是往後彎曲的，可見光在真空中的動量是比較
大的，符合Abraham的說法。
研究人員更進一步利用較長的光纖以及連續波雷射做了另一個實驗，也得到了同樣的結果
。她們看到光纖的尖端就像懸擺一樣向旁邊擺動大約30微米，其所對應的力與她們預測推
算的值差不多(小於億萬分之一牛頓)。她們也證明熱效應在此實驗中太小而不會影響到光
纖的運動。
英國University of Glasgow的Miles Padgett表示，其實還有很多原因會造成光纖彎曲。
所以他認為這雖然這個工作對Abraham-Minkowski爭議是個非常有建設性的貢獻，但似乎
還無法讓其畫上句點。他表示，或許剛好這個特殊的實驗裝置比較接近Abraham，因為大
部分的實驗都比較支持Minkowski。不過，英國University of Essex的Rodney Loudon卻
表示，之前的實驗都是研究複雜的物體及跟光子動量的間接關係，相反的，She等人的這
個時驗卻能夠量測到簡單的物理量，並直接以Abraham動量去表示。
參考來源：
Physical Review Focus: Light Bends Glass
本文版權聲明與轉載授權資訊：
本文採"姓名標示─非商業性─禁止改作"之創用CC轉載授權模式，詳細版權聲明與轉載規
定請見 http://sciscape.org/copyright.php，首次轉載本站新聞報導者請務必詳讀。
This work is licensed under a Creative Commons
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.5 Taiwan License.
若對本文內容有所建議與指正，請至本文專屬討論串。
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
※ 編輯: ehtm 來自: 125.99.9.180 (02/04 10:23)
推
02/04 10:30, , 1F
02/04 10:30, 1F
→
02/04 10:38, , 2F
02/04 10:38, 2F
推
02/04 11:06, , 3F
02/04 11:06, 3F
→
02/05 18:40, , 4F
02/05 18:40, 4F