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Title: El momentum de la luz en medios materiales
Authors: Rubilar, Guillermo, prof. guía
Ramos del Río, Tomás
Keywords: Materia - Efectos de la Luz
Issue Date: 2011
Publisher: Universidad de Concepción. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Departamento de Física.
Abstract: En la presente tesis estudiamos el problema de la definición adecuada y consistente del momentum de la luz en medios materiales, lo cual ha sido objeto de debate por más de 100 años y todavía no hay una respuesta definitiva y generalmente aceptada al respecto. Al realizar un completo estudio de la literatura disponible sobre el tema, nos dimos cuenta de la gran cantidad de argumentos contradictorios que se han generado durante este largo debate, que en nuestra opinión, han hecho parecer al problema más confuso y complicado de lo que en realidad es. En 1908 y 1909, Minkowski y Abraham propusieron dos expresiones rivales para describir el tensor energía-momentum de la luz dentro de un medio material, los cuales en principio podrán ponerse experimentalmente a prueba. Al pasar los años, se llevaron a cabo varios experimentos cuyos resultados parecían validar diferentes formulaciones, dando lugar a la llamada \controversia de Abraham-Minkowski". En 1966, Peneld y Haus proponen una solución formal de la controversia desde el punto de vista de la teoría clásica de campos. Ellos argumentaron que al considerar la din amica del medio material, sólo el tensor energíamomentum total del sistema cerrado tiene signi cado físico y que los tensores de Abraham y Minkowski para el campo electromagnético son simplemente diferentes separaciones del mismo tensor total. Estas ideas de equivalencia entre las distintas formulaciones pasaron, sin embargo, muy desapercibidas y en los ultimos 10 años la discusión ha revivido con una gran cantidad de nuevas publicaciones más orientadas a las aplicaciones opticas. En estos trabajos actuales, los autores parecen estar completamente desinformados de los previos avances en el tema, pues continuan buscando nuevos argumentos para encontrar el momentum \correcto" de la luz en la materia. Muy recientemente, en 2010, Barnett, Loudon e independientemente Mansuripur a rman que han resuelto la controversia, pero sin ni siquiera mencionar los trabajos anteriores de Pen eld y Haus, generando en nuestra opinion, más confusión que claridad en el tema. Es por esto, que el objetivo general de la presente tesis es contribuir en aclarar los conceptos fundamentales del problema y en encontrar un acuerdo entre los diferentes enfoques llevados a cabo por físicos de distintas areas, que parecen estar desinformados del trabajo de los otros. Nuestra investigación nos llevo a concluir que la vieja solución de Pen eld y Haus es simple, lógica y completamente consistente tanto con los experimentos como con los conceptos de la Física Clásica, por lo que adoptamos esta postura frente al tema. En particular, hacemos uso de la electrodinamica macroscopica en una forma mani estamente covariante para estudiar con detalle y en un contexto completamente relativista, el sistema formado por campo electromagnetico y medio material macroscopico. Primero consideramos al medio material como un \escenario" jo (sin din amica) a través del cual se propaga la luz, para luego derivar de las ecuaciones de Maxwell macrosc opicas, las ecuaciones de balance para la energía, el momentum y el momentum angular. Estudiamos la relación entre las simetrías del medio y las cantidades electromagn eticas conservadas, para concluir que el tensor de Minkowski de la luz es el que se relaciona directamente con las simetrías del medio. Con el n de conectar este tratamiento con los analisis de Barnett, Loudon y otros, usamos la expresión de Pen eld y Haus para el tensor total, derivada de una manera más moderna por Obukhov, para resolver con todo detalle un problema particular conocido como el experimento pensado de la \caja diel ectrica de Einstein". Esta situación particular ha suministrado el argumento más fuerte a favor de la resolución de Barnett, Loudon y Mansuripur, pues ellos la usan para seleccionar la expresión de Abraham como la unica valida de describir el momentum de la luz en este caso. En nuestro an alis completamente relativista, recalcamos la importancia del tensor energ a-momentum total del sistema cerrado y derivamos en detalle las expresiones para los momenta de Abraham y Minkowski dentro de este medio is otropo y homogeneo en movimiento. Realizando un calculo explicito, mostramos que el tensor de Minkowski tambi en sirve para describir esta situación, aunque no es tan util como el de Abraham. Finalmente, al tomar el l mite no-relativista de las expresiones nales, identificamos algunas suposiciones injustificadas que están escondidas en la descripción usual de la caja de Einstein electrica y que explican el por qu e los otros autores previamente solo obten an el momentum de Abraham para la luz en este caso.
Description: Tesis (Magíster en Ciencias, mención en Física) -- Universidad de Concepción, 2011.
URI: http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/813
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