Главная
Проблема Абрагама-Минковского и силы Абрагама
Главная
Введение
Проблемы и заблуждения
Новое развитие
Контакты
    Проблема Абрагама-Минковского (Abraham-Minkowski controversy) существует более ста лет с момента получения (1908г.) Минковским тензора энергии-импульса (ТЭИ) взаимодействия ЭМП с диэлектрической средой. Эту проблему академик и лауреат Нобелевской премии В.Л. Гинзбург назвал вечной проблемой физики. О ней автор узнал, случайно наткнувшись на ее обсуждение на страницах журнала УФН. В учебной литературе об этой проблеме обычно умалчивается, как и о других проблемах теории ЭМП. Проблема состоит из нескольких связанных между собой задач. В наиболее общем виде она заключается в выборе ТЭИ взаимодействия ЭМП с диэлектрической средой. Для построения ТЭИ традиционно используются уравнения Максвелла, из которых выводятся уравнения сохранения энергии и импульса в виде теоремы Пойнтинга. Членами уравнений сохранения являются плотность энергии, поток плотности энергии, плотность электромагнитного импульса и максвелловского тензора напряжений. Эти члены являются "строительными блоками" ТЭИ. На первом этапе  дискуссии рассматривался несимметричный ТЭИ, построенный Минковским, и симметричный ТЭИ, построенный (1909г.) Абрагамом. В дальнейшем разными авторами были предложены и другие виды ТЭИ. Из этих ТЭИ следовали различные математические формы описания плотности электромагнитного импульса в диэлектрической среде, предсказывающие различные экспериментальные результаты. Поэтому ключевым вопросом дискуссии стал выбор правильной формы описания именно плотности электромагнитного импульса в среде. Различие в этих ТЭИ заключалось в том, что для ТЭИ Абрагама возникала необходимость в электромагнитной силе Абрагама, появляющейся в диэлектрической среде при ее взаимодействии с ЭМП. Из ТЭИ Минковского необходимость в существовании такой силы не следовала. Таким образом, третьей проблемой явился вопрос о существовании в природе силы Абрагама. Обширная библиография по этой проблеме приведена в [1] и насчитывает более трехсот работ, в том числе и работы автора (307-311).
    Здесь необходимо дать пояснение, для исключения путаницы в терминах, определяющих силу Абрагама. Изменение во времени электромагнитного импульса вызывает в среде электромагнитную силу. Поскольку длительная дискуссия шла о правильной форме представления электромагнитного импульса, то в литературе часто называют электромагнитную силу, связанную с импульсом в форме Минковского, силой Минковского, а силу, связанную с импульсом в форме Абрагама, силой Абрагама. Но это неверно. Правильно сила Абрагама определяется, как разность электромагнитных сил, вызываемых изменением во времени импульсов Минковского и Абрагама.
    Для решения проблемы Абрагама-Минковского были поставлены эксперименты по измерению электромагнитных сил в среде с целью определения правильной формы представления электромагнитного импульса и существования силы Абрагама. Однако эти эксперименты не привели к однозначным выводам и дискуссия шла с переменным успехом. До настоящего времени в научных статьях по этой проблеме описываются проведенные эксперименты, например [2], [3], [4], и предлагаются различные варианты проведения новых экспериментов по измерению электромагнитных сил. Последняя статья по этой проблеме, известная автору, опубликована в январе 2018 года в момент написания этого сайта. Статья принадлежит известному норвежскому физику Айверу Бревику (Iver Brevik) и представляет собой обзор последних работ по этой проблеме, в том числе экспериментальных. Автор даст комментарии к этой статье в разделе Критика.      
    В 2016-2017г.г. автором была рассмотрена проблема Абрагама-Минковского и найдено ее решение. В результате этого, на первом этапе было показано, что формы плотности импульса Минковского и Абрагама равноценны и представляют собой части полного электромагнитного импульса в среде, который равен их полусумме. При этом форма Минковского описывает часть электромагнитного импульса, зависящую от диэлектрической проницаемости среды, а форма Абрагама описывает часть электромагнитного импульса, зависящую от магнитной проницаемости среды. Симметричный ТЭИ Абрагама является неполным, так как он не описывает часть электромагнитного импульса, связанного с диэлектрической проницаемостью среды. В связи с этим, в работе автора [5] сделан вывод, что предпочтение нужно однозначно отдать ТЭИ Минковского. Из ТЭИ Минковского было получено уравнение для силы Абрагама, которое в электродинамике ранее отсутствовало. Было установлено, что она является вихревой силой, и предложен ряд методов ее экспериментального измерения [6]. На втором этапе был найден новый критерий оценки правильности ТЭИ, и было установлено, что ТЭИ Минковского также является неудовлетворительным, как и все другие известные автору ТЭИ, полученные «строительным» методом. Недостаток ТЭИ Минковского и других ТЭИ заключается в том, что их линейные инварианты (суммы диагональных компонентов), представляющие энергию ЭМП, не соответствуют единственно возможному инварианту энергии ЭМП, следующему из антисимметричного тензора ЭМП. Был найден метод математически корректного получения правильного ТЭИ, инвариант которого соответствует инварианту энергии ЭМП [7]. Из нового ТЭИ были получены волновые уравнения для электромагнитной энергии, плотности потока энергии, плотности электромагнитного импульса в их каноническом виде. Далее было установлено, что сила Абрагама является фиктивной силой, реально в природе не существующей, а все попытки ее измерения не имеют смысла [8], [9]. Волновое уравнение для плотности электромагнитного импульса, ранее в электродинамике отсутствовавшее, описывает энергетическую структуру электромагнитного излучения и решает проблему переноса момента импульса электромагнитной волной, независимо от ее поляризации. Таким образом, на сегодняшний день проблема Абрагама-Минковского решена. Однако это решение пока еще не нашло своего отражения в учебной литературе по электродинамике и описано только в статьях автора.

Информационные ссылки