从实验室: 揭示光子特性的变化

光具有许多特殊的性质，其中大多数是众所周知的。然而，100多年来，一个悬而未决的问题是，当它与不同的介质 (如空气、玻璃或水) 接触时，它的某些特性如何改变。即使能量保持不变，它的动量也会发生变化。在这种情况下，光子的动量是增加还是减少，存在意见分歧。

阿尔伯特·爱因斯坦的老师赫尔曼·闵可夫斯基 (Hermann Minkowski) 提出，光子的动量在通过另一种介质时会增加。然而，德国物理学家马克斯·亚伯拉罕测量了动量的减少。科学家们还不能最终确定一个。这两种建议在不同条件下也可能是正确的。

例如，如果动量损失，则这种损失需要被介质吸收。这就是动量守恒定律所说的。如果将球扔向悬挂布，则球在击中后会失去动力，并在布上产生凹陷。同样，当光子撞击水面时，它应该在水面上产生凹陷。表面凹痕的性质将揭示光光子是否失去或获得了动量。动量变化的影响很小，很难衡量。

在20世纪70年代中，一些美国研究人员将高功率光束对准水以检查凹陷。他们的实验证明了Minkowski的理论，即光光子在穿越另一种介质时获得了动力。但是一些科学家并不相信，因为尚不清楚观察到的凹陷是由于动量变化还是光束加热所致。

在我们自己的实验中，我们使用了两种介质，而不是使用一种介质。我们在玻璃表面放一滴水，并将一束光对准它。两者都是透明的介质，大多数光穿过它。但是少量的水滴会反射，并在与之相对的屏幕上形成光谱。少量的光也从玻璃表面反射，并产生另一个光谱。两次反射形成干涉图案，这取决于水滴的形状和大小。我们还介绍了其他一些变化，比如引入磁场，看看干涉模式是如何变化的。通过这样做，我们注意到水滴的变化如何改变干涉模式。

下一步是将另一束光对准放置在玻璃表面上的水滴。这导致了干涉模式的变化。在较早研究了这些模式之后，我们能够分辨出水滴中的哪种萧条导致了这些变化，以及它是否与光子动量的损失或增加有关。

我们的观察表明，光子实际上在与水玻璃界面相互作用时获得了动量。并非在所有情况下，在所有媒介中都是如此。但与此同时，与美国的研究不同，在美国的研究中，激光束垂直于水面，我们的结果并不取决于光指向水面的角度。结果在所有角度都成立，并表明在我们使用的介质和设置中，Minkowski是正确的。

我们的结果可能有助于制造可重构的流体透镜，并通过使用光力将微小物体捕获在流体上。

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