zjafwangchong的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zjafwangchong

博文

光在透明介质中的动量:论文简介及对审稿人的感谢

已有 2524 次阅读 2017-9-26 17:59 |系统分类:论文交流|关键词:学者| 光动量

4月份将<<A viewpoint on the momentum of photons propagating in a medium>>投出,8月份收到审稿人的热情回复。审稿人主动给我寄来与论文相关的实验资料,并表示会帮助我处理遇到的困难。8月底,我将论文修改完毕,再次投出。没想到审稿人主动帮我修改了论文。编辑告诉我会减少我的版面费并加快论文的出版进度。审稿人的无私帮助深深感动了我,在此对审稿人表示感谢。

我的论文要点如下:

  定义:

     1)最小光子:在真空中,最小光子可被定义为光的最小部分,且只有一种形式的动量m0c和能量 m0c2。 这里m0为一个最小光子的质量,c为光在真空中的速度。

      2)最小光子的离散状态:由最小光子组成的光,当其物理行为象一个一个的经典粒子,且只有一种形式的动量m0c和能量m0c2时,我们说这些最小光子处于离散状态。

      3)最小光子的聚集状态: 由最小光子组成的光,当其物理行为象一个由最小光子组成的经典粒子团且 $h\nu$ = $mc^{2}$ 成立时 ,我们说这些最小光子处于聚集状态。这里m为最小光子组成的光子团的质量,h为普朗克常数。 $\nu$ 为光的频率。最小光子组成的粒子团成为最小光子团。

   定义产生的背景:

           a)光电效应实验:光电效应实验表明, $h\nu$ 对应光子的动能 $mc^{2}$ ,即产生光电子的条件是 $m$ 足够大,这意味着一个光子的质量是可变的。如果 $h\nu$ 与 $mc^{2}$ 的对应关系为相等,即 $h\nu$ = $mc^{2}$ ,则一个光子的质量正比于该光子的频率。由于光的频率是可变的,一个光子的质量也应该可变。如果认为一个光子质量的变化起因于最小光子数量的增减,并进而影响光频率的增减,那么引入最小光子的概念是逻辑一致的。但应该注意,此时引入的最小光子的概念是经典粒子的概念,没有理由也没有实验能支持 $h\nu _{0}=m_{0}c^{2}$ 成立.即对一个最小光子,其能量应该只能用m0c2 表达,不应该用 $h\nu _{0}$ 表达。

           b) 康普顿效应实验:康普顿实验表明,散射后的一部分光子的波长增大。由 $c=\lambda \nu$ 知,这部分光子的频率减小。可以这样理解,这部分光子在与介质碰撞后,光子的质量被介质吸收掉一部分。由 $h\nu$ = $mc^{2}$ ,一个光子的质量减小,其频率必然减小,即其波长增大。因此一个光子可以认为是由最小光子组成的粒子团。否则一个光子在与介质碰撞时不应该损失质量。


           c)双缝实验的的启发:经典粒子在双缝实验中能展示干涉和衍射现象,由最小光子组成的光子(粒子团),由于其质量仍然极小,因而也会有干涉和衍射现象。也就是说,当将光子看成粒子或粒子团时,并不影响其波动特性。


  论文观点1:介质(折射率n)中的最小光子处于离散态时,光的动量只有一种形式 $m_{0}c/n$ ;若介质中最小光子处于聚集状态,由 $h\nu =mc^{2}/n^{2}$ ,光的动量(即最小光子团的动量)为:

              $p=mv=\frac{n^{2}h\nu }{c^{2}}\frac{c}{n}=\frac{nE}{c}" style="text-align:center;$  ....1)

     从另一方面考虑,光动量为

              $p=\frac{h}{\lambda }" style="text-align:center;width:37px;height:30px;float:none;" width="37" height="30" border="0" hspace="0" vspace="0$ 。

  聚集状态的最小光子在介质中传播时,有

              $v=\frac{c}{n}=\lambda \nu " width="70" height="25" border="0" hspace="0" vspace="0" style="text-align:center;width:70px;height:25px;float:none;$

所以,此时光子的动量为

              $p=h\frac{1}{\lambda }=h\frac{n\nu }{c}=\frac{nE}{c}$

也就是说,介质中的最小光子处于聚集态时,只能有一种形式的动量

              $p=\frac{nE}{c}$

以上公式中 $\nu$ 和 $\lambda$ 分别表示光在介质中的频率和波长。


论文观点2:

         光进入透明介质时动量的变化,取决于最小光子的状态的变化。

         a)进入介质前,最小光子处于离散态,进入介质后,仍处于离散态。单个最小光子动量将由 $m_{0}c$ 减小到 $m_{0}c/n$ 。

          b)进入介质前,最小光子处于离散态,进入介质后,处于聚集态。光子动量将由单个最小光子动量 $m_{0}c$ 增加到最小光子团的动量 $p=nE/c$ 。

          c)进入介质前,最小光子处于聚集态,进入介质后,仍处于聚集态。单光子的动量可能增大也可能减小。但动量形式仍与1)相同。一般用激光做实验时会出现此种情况。最小光子团可能变大也可能变小。

          d)进入介质前,最小光子处于聚集态,进入介质后,处于离散态。此时光动量由单个光子(由最小光子团组成)动量 $p=nE/c$ 变成最小光子动量 $m_{0}c/n$ 。

 

         

此篇论文之所以能得到审稿人的帮助,原因在于我论文中的部分观点支持了审稿人在87年提出的<Photon Clump Model>。我现在用此观点解决光动量问题,算是对他的观点的验证吧。遗憾的是,直到收到审稿人来信,我才知道审稿人的光子团模型。不管什么原因,都对审稿人的帮助给以感谢。






http://blog.sciencenet.cn/blog-828981-1075297.html

上一篇:旧话重提话引力波: 回顾我多年前提出引力波模型的一篇论文
下一篇:是最小作用量的量子化还是角动量的量子化?

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-5-28 12:19

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部