肖建华的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/肖建华

博文

Kerr效应:电磁双折射 精选

已有 4008 次阅读 2016-3-23 17:17 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

   Kerr效应,也就是电场(磁场)双折射现象,在上世纪初就被实验发现了。

Kerr实验的设置是:光轴平行于电力线时,电力线会改变光的偏振。光源产生光,光线经N1单晶体偏振后,越过两平行板内空间,到达单晶接收体N2。

令平面极化光入射光轴斜交于电场(经发射晶体N1后),经平行板面内空间,到接收晶体N2(偏振向与与发射晶体N1偏振向正交)。从而,接收光轴正交于入射光轴。设计光轴与电力线成45度角。当无电场时,N2透射为零。在板间有电场时,越过的光被椭圆极化,从而有部分能透过N2。【见: J. W. Beams. Electric and Magnetic double refraction, Rev. Mod. Phy. 1932, 4:133-172.】。

实验证明,电场与光的作用是产生光轴矢量的变形(偏振方向绕光轴的局部转动)。而且,局部转动方向与电场方向无关。故,转轴方向是独立于电场方向的。

如果是电场旋转了光线的偏振方向,则电场方向反向时,旋转应是反向的。但是,实验给出的结论是:旋向不变!从而,排除了把光等价为电磁波的解释。也就是:光不等于电磁波。

用磁场做类似实验,结论相同。从而,统称为:电场、磁场双折射效应。当时的理论解释是:就表象而言,平行于力线的光偏振分量被拉伸或压缩。

这种电磁双折射现象很快的就被推广到连续介质中。发现,外加电场(或磁场)引起的介质折射率变化与场强的平方成正比。此后的各类理论解释很多(热力学,电磁极化,晶振,等),但是没有成功。此类研究倒是发现,回答电磁双折射的理论难度与回答为何物质中的折射率总是小于真空的难度是一样的。

   双折射的哲学意义在于:对此类现象,否定了力的直接可加性(也间接的否定了能量的直接可加性)。从而,成为理论上的一个疑问。

   后来引入“旋转能”概念(介质产生偏振光的能力(双折射)),试图在此概念约束下,用电磁场理论解释,或用量子力学解释,但是:过于复杂而无实用价值。【见: E. U. Condon. Theories of optical rotatory power, Rev. Mod. Phy. 1937, 9: 432-457.】

   对不专们研究此现象的学者而言,电场(磁场)双折射现象在理论上已经被解决了(已有很多发表论文)。

   但是,到了近几年,随着用中微子概念(或光子概念)来重新解释光的偏振,Kerr效应再次引起理论界的关注。认为:中微子有两个分量,左旋性,右旋性(反中微子)。从而把理论问题重新归结为:中微子是否能与电磁场发生相互作用?期待如此。如是,则中微子就有一个半径。由于实验表明中微子有质量,从而中微子就有角动量(磁矩)。那样的话,给Kerr效应以严密的理论解释就是可能的。但是,这样的中微子具体理论为何?没有答案。此类研究的推动者断言:这是通往新物理学的一扇窗户。【见:C Giunti, A Studenikin. Neutrino electromagnetic interactions: a window to new physics, Rev. Mod. Phy. 2015, 87: 531-591.】

   应该肯定的是:量子Kerr效应的实验证实和观测是科学上的重大进展。哲学上:量子Kerr效应挑战的是矢量力的概念,也间接的挑战能量为标量的概念。从而,的确是未来新物理学的重要研究方向。

 

 



http://blog.sciencenet.cn/blog-39419-964435.html

上一篇:逻辑结构的混乱
下一篇:2个世纪过去了但问题依旧

3 魏焱明 曾玉亮 sijin20120

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-7-22 09:22

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部