证实了虚空二向异性究竟是光子具有自转磁场或是误解而生？

发布时间：2023-08-07 10:30:47 所属栏目：外闻来源：未知

导读： 　　光出现了二次偏折景象是由1669 年观测到的。当时有一位名叫 Rasmus Bartholin 的丹麦科学家观察到了方解石这种物质，它是拥有最高强度的双折射率。然而，直到19世纪，奥古斯丁&middo

　　光出现了二次偏折景象是由1669 年观测到的。当时有一位名叫 Rasmus Bartholin 的丹麦科学家观察到了方解石这种物质，它是拥有最高强度的双折射率。然而，直到19世纪，奥古斯丁·菲涅尔才描述了极化现象，把光作为横向极化中的场分量（垂直于波矢的方向）的波来理解。

　　这种解释认为，光是电磁波，这种波是由相互垂直的电矢量E波和磁矢量H波组成，并沿与光传播方向垂直的方向以恒速c运动，这说明光波也具有电和磁二种物理属性。

　　实验表明，产生光作用和感官作用的是光波中的电矢量E，所以我们在讨论光作用时，只考虑电矢量E的振动就可以了，E就被定义为光矢量，代表光的振动方向，光的偏振性体现的就是光电矢量方向的一致性。

　　当任意光束照射到双折射材料的表面时，对应于普通和非凡光线的极化通常采取一些不同的路径。非偏振光由任何两个正交偏振光中的等量的能量组成，甚至偏振光（特殊情况除外）在这些极化的每一个中将具有一些能量。根据Snell的折射定律，折射角将由这两个极化之间的有效折射率决定。例如，在Wollaston棱镜中可以清楚地看出，其被设计成使用诸如方解石的双折射材料将入射光分离成两个线性偏振。

　　两个偏振分量的不同折射率，光轴沿着表面（并垂直于入射平面），使得折射角不同于p极化（在这种情况下为“普通光线”，其偏振垂直于光轴）和s偏振（“沿着光轴具有偏振分量的”非凡光线“）。另外，在光轴不沿着折射表面（也不完全垂直于其）的情况下，发生双重折射的不同形式；在这种情况下，双折射材料的电极化不是精确地在非常光线的波的电场方向上。对于这种不均匀的波，功率流的方向（由坡印亭矢量给出）与波矢的方向成有限的角度，导致这些波束之间的额外分离。因此，即使在正常入射的情况下，其中折射角为零（根据斯涅耳定律，无论有效的折射率如何），非凡光线的能量可以以一定角度传播。

　　“真空双折射”是在100年前由量子理论提出的，刚提出不久，德国物理学家维尔纳·海森堡和汉斯·海因里希·欧拉便对真空双折射效应做出了预测，他们提出，强大的磁场可能会改变恒星周围真空的特性，导致光线穿过时会发生偏振现象。

　　据新浪科技讯北京时间2016年12月3日消息，据国外媒体报道，近日，意大利国家天体物理研究所和波兰绿城大学的天文学家在使用欧洲南方天文台的甚大望远镜研究一颗遥远的中子星发出的光线时，首次观测到了这种偏振现象。

　　“在强大的磁场影响下，真空的性质会发生巨大的变化。”意大利帕多瓦大学的罗伯托·杜罗指出，“电磁辐射和可见光在穿过处于强大磁场中的真空时，便会发生偏振，转化为两种不同的模式：平常模式（o光）和反常模式（e光）。”

　　但对于意大利国家天体物理研究所（INAF）和波兰绿山城大学的天文学家首次观测到了这种真空双折射现象，目前物理学家们不是从电磁波极化理论给出解释，而是从量子力学“真空涨落”理论方面给予解释的，他们认为：量子电力学（简称QUE）是描述光子与带电粒子之间相互作用的量子理论。该理论指出，太空真空中充满了虚粒子，随时会出现或消失，但这些虚粒子可以在强大的外磁场作用下转变成实粒子，即形成e式光子运动……

　　这种解释也可以看作是“光是粒子”的解释，但这种粒子不是实光子，而是人们永远无法看到和测到的“虚光子”。

　　在现代物理学中，光的粒子论认为，光子运动速度都是常数c，它们没有静质量，但有轨道和自旋角动量，其自旋态为1，并表现出动量性，并且每个发出来的光子所就相对应有的能量为ε=hγ，并且发出来的光子表面的运动不仅具有光子的波粒二象性的特质。

　　而且，现代物理学还认为，光子是中性粒子，既没有电属性，也没有磁属性，因为现代物理还没有观测或实验验证到可以证明光子具有这二种属性存在的科学证据（当然，也没有实验能够完全能够否定光子没有电磁属性）。

　　在光子到底有没有电磁性的实验验证问题上，因我们对一些光实验现象的解释都是站在光是电磁波的角度去解释的，并没有从光的粒子性角度去看待现象，故很难说有例证，比如对很多的磁光效应、晶体双折射等现象，都是用光是电磁波的观点去分析的，并没有一个去从光是粒子的角度去分析问题，产生这种“偏爱”的原因可能是认为光是电磁波的理论比较“成熟”，而用光是粒子去解释，则因为麦克斯韦电磁波理论、爱因斯坦相对论、量子场论等都不允许光子有质量、电荷、磁矩属性。

　　再说，目前虽然没有实验可以证明光子有质量和电磁属性，也没有实验可以证明光子没有质量、电磁属性，但两利相权取其重之原则，故还是采用光是波的理论去解释比较稳妥吧。

　　其实，从光是粒子角度而言，当我们赋予光子有质量、电磁属性后（可以是太小，目前用我们现有的科技手段测不出来），上述现象也都可以得到很好的解释，并且不会将物理置入＂无中生有＂的境地，且对光的干涉衍射、偏振，概率分布等现象也都能给出合理的物理解释。

　　比如比次观测到的中子星引起的“真空双折射”现象中，光被分成二条线，而不仅仅是一条线上的偏振问题.

　　我们知道，在电磁波理论中，光波都有一个矢量方向性，那么作为光的另一种描述，光子有自旋角动量性，那它就应该有一个自旋轴的方向性，即自旋磁矩方向性，光的储存也证明光与磁性有关，光的衍射、极化与偏振更可以从光子有自旋磁矩性方面予以解释。

　　光的可极化性说明电磁场变化可以对光矢量产生影响，这一点应与光子有自旋磁矩性是对应的，宇宙中的一束自然光中的光子自旋磁矩方向为任意的，但当这束光通过中子星外的强大磁场空间时，由于该磁场是非均匀磁场，故自然光中的部分光子自旋磁矩会受外强大磁场作用而向靠近中子星方向运动，另一部分自旋磁矩光子则受强大外磁场作用向远离中子星方向运动，并融入上层的自然光（光子受外磁场影响较小或不受影响）中运动，如此，我们便可以看到有二束光出现，上层光为o光（受外磁场影响较小或不受影响），下层为e光（受外磁场影响较大，光子自旋磁矩方向被极化而趋于一致，即极化光）。

　　同时，我们可以认为，光子在强磁场中运动会表现出一定的电磁惯性量（不是引力场惯性质量），也就是说，光子在电磁场中的运动具有电磁惯性质量性，故它在强磁场中的运动速度大小与方向都会产生相应变化，真空双折射正是光子有电磁属性和电磁惯性质量的体现。因此，真空双折射现象可以用来研究物质的结构和性质。

（编辑：成都站长网）

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