最近，光电材料与技术国家重点实验室的佘卫龙研究小组在百年物理学难题——透明介质中光动量的实验验证方面取得了突破，相关成果发表在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. ）(2008，101，243601)。

 

光在介质中的动量是理论物理学中的著名Rudolf Peierls惊奇之一。对折射率为n的透明介质，1908年Minkowski 提出，介质中的光动量是nE/c ；而在1909年Abraham 又提出，介质中的光动量应该是E/（nc） ，这里E 和c分别是光的能量和真空中的光速。理论分析表明，在狭义相对论框架下，作为能量-动量张量分量的光动量流密度，Abraham动量公式符合空间对称性要求而Minkowski公式则不符合，而且，Abraham动量可表示为相对论的形式 P=mV(m=E/c2,V=c/n） 。另一方面，对单光子情况， Minkowski动量是p=nhν/c=nh/λ0（λ0为真空中的光波波长），它看起来又符合量子力学中的德布罗意关系。这两个光动量哪一个是对的？判断极为困难！有大量的理论工作就此问题展开激烈的争论，也有一些实验力图给出问题之判断。可是到目前为止，尚未有一个实验给出明确的结论。实验检验和理论争论已延续近一个世纪，但光在介质中特别是在透明介质中的动量仍然是个谜。光在介质中的动量之所以令人费解， 主要是实验上对介质中光动量的辨认十分困难。介质中的光动量传输的复杂性妨碍了光动量的直接观察，使得实验结果的解释出现歧义。此前，几乎所有的研究者都认为，光动量的实验验证是不可能的。

 

Leonhardt 的观点具有代表性。2006 年他在Nature 上发表一篇有关光的动量的评论性文章。他说，介质中的光动量是令人惊奇的，而且还会继续令人惊奇。

 

佘卫龙研究小组找到一种巧妙的方法，利用纳米光纤直接观察了透明介质中的光动量。实验结果支持了Abraham公式。该工作其实还预言了一种效应：当一束光从空气或真空入射到透明介质时，由于Abraham光动量的作用，它将对界面施加一个光压。这个光压与我们过去所认识的由于表面光反射造成的光压完全不同。目前，该工作引起国际同行广泛关注。

 

成果的重要意义：透明介质中光动量的实验验证，它除了基础物理方面的重要意义外，实际上还预言了一种过去尚未被注意的，激光表面破坏的新机制——来自Abraham动量的光压。这种光压有可能在激光诱导惯性约束受控聚变方面具有潜在应用。（来源：中国科学院上海硅酸盐研究所）