RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2017

 / 

Сентябрь

←  →

Методические заметки


Квантовое описание поля в макроскопической электродинамике и свойства фотонов в прозрачных средах


Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Политехническая 29, Санкт-Петербург, 195251, Российская Федерация

Проведено квантовое рассмотрение высокочастотного макроскопического электромагнитного поля и радиационных процессов в среде. Построены квантовые операторы для компонент тензора энергии-импульса в средах с дисперсией и найдены их собственные значения, различные в представлениях Минковского и Абрагама. Показано, что импульс фотона в среде, следующий из квантования векторного потенциала, не совпадает с импульсом фотона, который определяется из симметричного тензора энергии-импульса Абрагама, но согласуется с импульсом, определённым из тензора Минковского. Аналогичный результат получен при вычислении значений собственного момента (спина) электромагнитного поля в среде. Целочисленные (в единицах ħ) и подтверждаемые опытными данными значения спина поля позволяет пoлучить только тензор Минковского. Это даёт основание для выбора представления Минковского в качестве адекватной формы записи плотности импульса поперечного электромагнитного поля в прозрачной среде как при квантовом, так и при классическом описании поля. Представление Абрагама для этой цели не подходит и приводит к противоречиям. Сделанный вывод не относится к квазистационарным и статическим полям.

Текст pdf (298 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.04.038138
Ключевые слова: тензор энергии-импульса Минковского, квантовая теория, радиационные процессы, спин и масса фотона в среде
PACS: 12.20.−m, 41.20.Jb, 41.60.Bq (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.04.038138
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/9/g/
000417704200006
2-s2.0-85040960645
2017PhyU...60..935T
Цитата: Топтыгин И Н "Квантовое описание поля в макроскопической электродинамике и свойства фотонов в прозрачных средах" УФН 187 1007–1020 (2017)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 21 июня 2016, доработана: 8 апреля 2017, 12 апреля 2017

English citation: Toptygin I N “Quantum description of a field in macroscopic electrodynamics and photon properties in transparent media” Phys. Usp. 60 935–947 (2017); DOI: 10.3367/UFNe.2017.04.038138

Список литературы (62) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (4) Похожие статьи (20)

  1. Тамм И Е Основы теории электричества (М.: Наука, 1976); Пер. на англ. яз., Tamm I E Fundamentals of the Theory of Electricity (Moscow: Mir Publ., 1979)
  2. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред (М.: Наука, 1982); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon Press, 1984)
  3. Jackson J D Classical Electrodynamics (New York: John Wiley and Sons, 1999)
  4. Рязанов М И Электродинамика конденсированного вещества (М.: Наука, 1984)
  5. Памятных Е А, Туров Е А Основы электродинамики материальных сред в переменных и неоднородных полях (М.: Физматлит, 2000)
  6. Гинзбург В Л ЖЭТФ 10 589 (1940)
  7. Minkowski H "Die Grundlagen für die elektromagnetischen Vorgënge in bewegten Körpern" Nachr. König. Ges. Wiss. Göttingen, Math.-Phys. Kl. 53 (1908); Пер. на русск. яз., Минковский Г Эйнштейновский сборник 1978 - 1979 (Под ред. В Л Гинзбурга) (М.: Наука, 1983) с. 5
  8. Minkowski H "Eine Ableitung der Grundgleichungen für die elektromagnetishen Forgänge in bewegten Körpern fom Standpunkt der Elektronentheorie" Math. Ann. 68 526 (1902); Пер. на русск. яз., Минковский Г "Вывод основных уравнений для электромагнитных процессов в движущихся телах с точки зрения теории электронов" Эйнштейновский сборник 1978 - 1979 (Под ред. В Л Гинзбурга) (М.: Наука, 1983) с. 64
  9. Abraham M Rend. Circ. Mat. Palermo 28 1 (1909); Abraham M Rend. Circ. Mat. Palermo 31 527 (1910)
  10. Pauli W Relativitätstheorie (Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften, Bd. V, Tl. 2, Heft IV) (Leipzig: Teubner, 1921); Пер. на англ. яз., Pauli W Theory of Relativity (New York: Pergamon Press, 1958); Пер. на русск. яз., Паули В Теория относительности (М.: Гостехиздат, 1947)
  11. Гинзбург В Л Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы 3-е изд. (М.: Наука, 1987); Пер. на англ. яз., Ginzburg V L Applications of Electrodynamics in Theoretical Physics and Astrophysics 2nd ed. (New York: Gordon and Breach Sci. Publ., 1989)
  12. Угаров В А Специальная теория относительности (М.: Наука, 1977)
  13. Топтыгин И Н Современная электродинамика Ч. 2 Теория электромагнитных явлений в веществе (М. - Ижевск: Ин-т компьют. исслед. РХД, 2005); Дополненный перевод на англ. яз., Toptygin I N Electromagnetic Phenomena in Matter. Statistical and Quantum Approaches (Weinheim: Wiley-VCH, 2015)
  14. Скобельцын Д В УФН 110 253 (1973); Skobel'tsyn D V Sov. Phys. Usp. 16 381 (1973)
  15. Гинзбург В Л УФН 110 309 (1973); Ginzburg V L Sov. Phys. Usp. 16 381 (1973)
  16. Гинзбург В Л, Угаров В A УФН 118 175 (1976); Ginzburg V L, Ugarov V A Sov. Phys. Usp. 19 94 (1976)
  17. Топтыгин И Н, Левина К УФН 186 146 (2016); Toptygin I N, Levina K Phys. Usp. 59 141 (2016)
  18. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Теория поля (М.: Наука, 1973); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M The Classical Theory of Fields (Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000)
  19. Болотовский Б М, Столяров С Н УФН 114 569 (1974); Bolotovskii B M, Stolyarov S N Sov. Phys. Usp. 18 875 (1975)
  20. Huttner B, Barnett S M Phys. Rev. A 46 4306 (1992)
  21. Philbin T G New J. Phys. 12 123008 (2012)
  22. Horsley S A R Phys. Rev. A 86 023830 (2012)
  23. Horsley S A R, Philbin T G New J. Phys. 16 013030 (2014)
  24. Goldstein H Classical Mechanics (Reading, Mass.: Addison-Wisley, 1950)
  25. Heitler W The Quantum Theory of Radiation (Oxford: Clarendon Press, 1954); Пер. на русск. яз., Гайтлер В Квантовая теория излучения (М.: ИЛ, 1956)
  26. Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика (М.: Гостехиздат, 1953); Пер. на англ. яз., Akhiezer A I, Berestetskii V B Elements of Quantum Electrodynamics (London: Oldbourne Press, 1962); Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика 2-е изд. (М.: Физматгиз, 1959); Пер. на англ. яз., Akhiezer A I, Berestetskii V B Quantum Electrodynamics (New York: Interscience Publ., 1965); Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика 3-е изд. (М.: Наука, 1969); Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика 4-е изд. (М.: Наука, 1981)
  27. Компанеец А С Теоретическая физика (М.: ГИТТЛ, 1957); Пер. на англ. яз., Kompaneyets A S Theoretical Physics (Moscow: Mir Publ., 1965)
  28. McConnell J Quantum Particle Dynamics (Amsterdam: North-Holland, 1960)
  29. Берестецкий В Б, Лифшиц Е М, Питаевский Л П Квантовая электродинамика (М.: Наука, 1989); Пер. на англ. яз., Berestetskii V B, Lifshitz E M, Pitaevskii L P Quantum Electrodynamics (Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999)
  30. Mandel L, Wolf E Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995); Пер. на русск. яз., Мандель Л, Вольф Э Оптическая когерентность и квантовая оптика (М.: Физматлит, 2000)
  31. Bjorken D, Drell D Relativistic Quantum Field (New York: McGraw-Hill, 1976); Пер. на русск. яз., Бьёркен Дж Д, Дрелл С Д Релятивистская квантовая теория Т. 2 Релятивистские квантовые поля (М.: Наука, 1978)
  32. Dirac P A M The Principles of Quantum Mechanics (Oxford: Clarendon Press, 1958); Пер. на русск. яз., Дирак П А М Принципы квантовой механики (М.: Физматгиз, 1960)
  33. Ehrenfest P Z. Phys. 45 455 (1927)
  34. Glauber R Coherence and Quantum Detection in Quantum Optics (Proc. of the Intern. School of Physics Enrico Fermi, Course XVII, Ed. R Glauber) (New York: Academic Press, 1969); Пер. на русск. яз., Глаубер Р (Ред.) Когерентные состояния в квантовой теории Сборник статей (М.: Мир, 1972)
  35. Loudon R The Quantum Theory of Light (Oxford: Clarendon Press, 1973); Пер. на русск. яз., Лоудон Р Квантовая теория света (М.: Мир, 1973)
  36. Scully M O, Zubairy M S Quantum Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997); Пер. на русск. яз., Скалли М О, Зубайри М С Квантовая оптика (М.: Физматлит, 2002)
  37. Toptygin I N Foundations of Classical and Quantum Electrodynamics (New York: Wiley-VCH, 2014)
  38. Черенков П А ДАН СССР 2 451 (1934); Cherenkov P A C.R. Acad. Sci. USSR 2 451 (1934); Черенков П А УФН 93 385 (1967)
  39. Вавилов С Н ДАН СССР 2 457 (1934); Vavilov S I C.R. Acad. Sci. USSR 2 457 (1934); Вавилов С И УФН 93 383 (1967)
  40. Тамм И Е, Франк И М ДАН СССР 14 107 (1937); Tamm I E, Frank I M C.R. Acad. Sci. USSR 14 107 (1937); Тамм И Е, Франк И М УФН 93 388 (1967)
  41. Тамм И Е, Франк И М Труды ФИАН 2 (4) 63 (1944)
  42. Франк И М Излучение Вавилова—Черенкова. Вопросы теории (М.: Наука, 1988)
  43. Соколов А А, Тернов И М Релятивистский электрон (М.: Наука, 1983); Пер. на англ. яз., Sokolov A A, Ternov I M Radiation from Relativistic Electrons (New York: American Institute of Physics, 1986)
  44. Рязанов М И ЖЭТФ 45 333 (1963); Ryazanov M I Sov. Phys. JETP 18 232 (1964)
  45. Гайлитис А, Цытович В Н ЖЭТФ 46 1726 (1964); Gailitis A, Tsytovich V N Sov. Phys. JETP 19 1165 (1964)
  46. Батыгин В В ЖЭТФ 53 890 (1967); Batygin V V Sov. Phys. JETP 26 540 (1968)
  47. Гинзбург В Л, Франк И М ЖЭТФ 16 15 (1946); Ginzburg V L, Frank I M J. Phys. USSR 9 353 (1945)
  48. Гинзбург В Л, Цытович В Н Переходное излучение и переходное рассеяние : некоторые вопросы теории (М.: Наука, 1984); Пер. на англ. яз., Ginzburg V L, Tsytovich V N Transition Radiation and Transition Scattering (Bristol: A. Hilger, 1990)
  49. Окунь Л Б УФН 158 511 (1989); Okun' L B Sov. Phys. Usp. 32 629 (1989)
  50. Окунь Л Б УФН 170 1366 (2000); Okun L B Phys. Usp. 43 1270 (2000)
  51. Окунь Л Б УФН 178 541 (2008); Okun L B Phys. Usp. 51 513 (2008); Окунь Л Б УФН 178 653 (2008); Okun L B Phys. Usp. 51 622 (2008)
  52. Москалёв А Н Релятивистская теория поля (СПб.: ПИЯФ РАН, 2006)
  53. Чефранов С Г ЖЭТФ 150 18 (2016); Chefranov S G JETP 123 12 (2016)
  54. Чефранов С Г ЖЭТФ 126 333 (2004); Chefranov S G JETP 99 296 (2004)
  55. Гинзбург В Л УФН 166 1033 (1996); Ginzburg V L Phys. Usp. 39 973 (1996)
  56. Barnett S M Phys. Rev. Lett. 104 070401 (2010)
  57. Philbin P G Phys. Rev. A 83 013823 (2011)
  58. Pfeifer R N C et al. Rev. Mod. Phys. 79 1197 (2007)
  59. Kemp B A J. Appl. Phys. 109 111101 (2011)
  60. Ramos T, Rubilar G F, Obukhov Y N J. Opt. 17 025611 (2015)
  61. Питаевский Л П ЖЭТФ 39 1450 (1960); Pitaevskii L P Sov. Phys. JETP 12 1008 (1961)
  62. Полевой В Г, Рытов С М УФН 125 549 (1978); Polevoi V G, Rytov S M Sov. Phys. Usp. 21 630 (1978)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение