La controversia entre Abraham y Minkowski

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La controversia entre Abraham y Minkowski es un debate de física sobre el impulso electromagnético dentro de los medios dieléctricos.[1] Tradicionalmente, se argumenta que en presencia de materia el tensor electromagnético de energía de estrés por sí solo no se conserva (sin divergencias). Solo el tensor de energía de estrés total tiene un significado físico inequívoco, y la forma en que se distribuye entre una parte "electromagnética" y una parte "materia" depende del contexto y la conveniencia.[2] En otras palabras, la parte electromagnética y la parte materia en el momento total puede distribuirse arbitrariamente siempre que el momento total se mantenga igual. Hay dos ecuaciones incompatibles para describir la transferencia de momento entre la materia y los campos electromagnéticos. Estas dos ecuaciones fueron sugeridas por primera vez por Hermann Minkowski (1908)[3] y Max Abraham (1909),[4][5] de donde deriva el nombre de la controversia. Se afirmó que ambos estaban respaldados por datos experimentales. Teóricamente, generalmente se argumenta que la versión de impulso de Abraham "representa la verdadera densidad de momento de los campos electromagnéticos" para las ondas electromagnéticas,[6] mientras que la versión de momento de Minkowski es "pseudomomentum"[6] o "impulso de onda".[7]

Varios documentos ahora han afirmado haber resuelto esta controversia;[8][9][10][11] por ejemplo, un equipo de la Universidad de Aalto[12] argumenta que el campo EM de fotones induce un dipolo en el medio, donde el dipolo momento hace que los átomos medianos se agrupen, creando una onda de densidad de masa. El campo EM lleva el impulso de Abraham y la onda combinada de campo EM y densidad de masa lleva un impulso igual al impulso Minkowski. Sin embargo, un estudio reciente[13] argumenta que el modelo físico establecido por el equipo[12] no es consistente con la relatividad especial de Einstein; y el estudio además argumenta que (i) la ley de conservación de la energía del momento es consistente pero no incluida en las ecuaciones de Maxwell, y como resultado, el momento y la energía de la luz en un medio no pueden definirse de manera única dentro del marco de las ecuaciones de Maxwell; (ii) el momento y la energía de un campo sin radiación no se puede medir experimentalmente, porque el campo sin radiación no puede existir independientemente de los materiales que lo sostienen, al igual que uno no puede determinar experimentalmente el momento y la energía del campo EM transportado por Un electrón libre en el espacio libre. En otras palabras, el campo sin radiación es el componente del subsistema material, en lugar del subsistema EM. Aparentemente, esta conclusión es apoyada por el experimento de dispersión de fotones y electrones de Compton.[13]

La controversia entre Abraham y Minkowski también ha inspirado varias teorías que proponen la existencia de impulsos sin reacción.[14]

  1. McDonald, KT (2017). "Bibliografía sobre el debate de Abraham-Minkowski" (PDF).
  2. Griffiths, DJ (2012). "Carta de recursos EM-1: momento electromagnético". Revista estadounidense de física. 80 (1): 7-18. Bibcode: 2012AmJPh..80.... 7G. doi: 10.1119 / 1.3641979.
  3. Minkowski, H. (1908). "Las ecuaciones básicas para los procesos electromagnéticos en cuerpos móviles". Noticias de la Society of Sciences en Goettingen, clase matemático-física: 53-111.
  4. Abraham, M. (1909). "Sobre electrodinámica de cuerpos en movimiento". Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo. 28: 1-28. doi: 10.1007 / bf03018208.
    • Traducción de Wikisource: Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento
  5. Abraham, M. (1910). "Acerca de la electrodinámica de Minkowski". Informes del Círculo Matemático de Palermo. 30: 33–46. doi: 10.1007 / bf03014862.
    • Traducción de Wikisource: Sobre la electrodinámica de Minkowski
  6. 6,0 6,1 Gordon, JP (1973). "Fuerzas y momentos de radiación en medios dieléctricos". Revisión Física A. 8 (1): 14–21. Bibcode: 1973PhRvA... 8... 14G. doi: 10.1103 / physreva.8.14.
  7. Nelson, DF (1991). "Momentum, pseudomomentum y wave momentum: hacia la resolución de la controversia de Minkowski-Abraham". Revisión Física A. 44 (6): 3985–3996. Bibcode: 1991PhRvA..44.3985N. doi: 10.1103 / physreva.44.3985.
  8. Mansuripur, M. (2010). "Resolución de la controversia de Abraham-Minkowski". Óptica Comunicaciones. 283 (10): 1997–2005. arXiv: 1208.0872. Bibcode: 2010OptCo.283.1997M. doi: 10.1016 / j.optcom.2010.01.010.
  9. Zhang, W.-Z.; Zhang, P.; Wang, R.-Q.; Liu, W.-M. (2012) "Solución y prueba de la controversia de Abraham-Minkowski en el sistema de interacción de átomos de luz". Phys. Rev. A. 85: 1–4. arXiv: 1012.2712. Bibcode: 2010arXiv1012.2712Z. doi: 10.1103 / PhysRevA.85.053604.
  10. Wang Zhong-Yue; Wang Pin-Yu; Xu Yan-Rong (2011). "Experimento crucial para resolver la controversia entre Abraham y Minkowski". Optik. 122 (22): 1994–1996. ArXiv: 1103.3559. Código bibliográfico: 2011 Optik.122.1994W. doi: 10.1016 / j.ijleo.2010.12.018.
  11. Macleod, AJ; Noble, A.; Jaroszynski, DA (2017). Sobre el tensor de energía-momento de la luz en campos fuertes: una visión totalmente óptica de la controversia de Abraham-Minkowski (PDF). Actas de la SPIE. 10234. pp. 102340–102348. Bibcode: 2017SPIE10234E..0FM. doi: 10.1117 / 12.2269630. ISBN 9781510609693.
  12. 12,0 12,1 Partanen, Mikko; Häyrynen, Teppo; Oksanen, Jani; Intérprete, Jukka (2017). Arrastre masivo de fotones y el momento de la luz en un medio. Revisión física A. 95 (6): 063850. arXiv: 1603.07224. Bibcode: 2017PhRvA..95f3850P. doi: 10.1103 / PhysRevA.95.063850.
  13. 13,0 13,1 Wang, C. (2018). "Fantástico cuasi-fotón y las simetrías de la teoría electromagnética de Maxwell, la ley de conservación de la energía del momento y el principio de Fermat". Optik 172: 1211-1217. arXiv: 1807.08612. Bibcode: 2018Optik.172.1211W. doi: 10.1016 / j.ijleo.2018.07.037.
  14. Brito, HH (1999). "Propulsión sin propulsión por manipulación de inercia electromagnética: teoría y experimento" (PDF). En El-Genk, MS (ed.). Foro Internacional de Tecnología y Aplicaciones Espaciales - 1999. Instituto Americano de Física. ISBN 978-1-56396-846-4.