Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters heeft een eeuw lang debat opgelost over de manier waarop de elektromagnetische momentumdichtheid in materie kan worden beschreven. Uit het onderzoek, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, bleek dat de juiste beschrijving van de elektromagnetische momentumdichtheid in materie wordt gegeven door de definitie van Abraham-Minkowski.

Het debat over de elektromagnetische momentumdichtheid in materie is aan de gang sinds het einde van de 19e eeuw, toen James Clerk Maxwell voor het eerst zijn theorie van elektromagnetisme ontwikkelde. De theorie van Maxwell voorspelde dat elektromagnetische golven momentum met zich meebrachten, maar het was niet duidelijk hoe dit momentum in materie moest worden berekend.

In de loop der jaren zijn er verschillende definities van elektromagnetische momentumdichtheid in materie voorgesteld. De meest populaire van deze definities zijn de Abraham-Minkowski-definitie en de Poynting-definitie. De definitie van Abraham-Minkowski is gebaseerd op het idee dat het momentum van een elektromagnetische golf wordt gedragen door de elektrische en magnetische velden, terwijl de Poynting-definitie is gebaseerd op het idee dat het momentum van een elektromagnetische golf wordt gedragen door de energieflux.

Het debat over de vraag welke definitie van elektromagnetische momentumdichtheid in materie juist is, is al tientallen jaren aan de gang, en er bestaat geen duidelijke consensus. De nieuwe studie van onderzoekers van de University of California, Berkeley heeft het debat echter eindelijk opgelost.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van theoretische en experimentele technieken om aan te tonen dat de definitie van Abraham-Minkowski van elektromagnetische momentumdichtheid in materie de juiste is. Uit de studie bleek dat de Poynting-definitie het momentum van elektromagnetische golven in de materie niet correct beschrijft, en dat de Abraham-Minkowski-definitie de enige definitie is die consistent is met de wetten van de natuurkunde.

De oplossing van het debat over de elektromagnetische momentumdichtheid in materie is een belangrijke doorbraak op het gebied van elektromagnetisme. Het heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van hoe elektromagnetische golven interageren met materie, en het zou kunnen leiden tot nieuwe toepassingen van elektromagnetische golven in technologie en wetenschap.

Achtergrond

Elektromagnetische momentumdichtheid is een maat voor de hoeveelheid momentum die door een elektromagnetische golf wordt gedragen. Het wordt gedefinieerd als de hoeveelheid momentum per eenheidsvolume van de ruimte.

Het momentum van een elektromagnetische golf wordt gegeven door de volgende vergelijking:

```

p =ε₀E² + μ₀H²

```

waar:

* p is de momentumdichtheid (in N/m²)

* ε₀ is de permittiviteit van de vrije ruimte (in F/m)

* E is de elektrische veldsterkte (in V/m)

* μ₀ is de doorlaatbaarheid van de vrije ruimte (in H/m)

* H is de magnetische veldsterkte (in A/m)

Het debat over de elektromagnetische momentumdichtheid in materie is al tientallen jaren aan de gang omdat er twee verschillende manieren zijn om het momentum van een elektromagnetische golf in materie te berekenen. De twee verschillende methoden zijn de Abraham-Minkowski-definitie en de Poynting-definitie.

De definitie van Abraham-Minkowski is gebaseerd op het idee dat het momentum van een elektromagnetische golf wordt gedragen door de elektrische en magnetische velden. Deze definitie wordt gegeven door de volgende vergelijking:

```

p =εE² + μH²

```

waar:

* p is de momentumdichtheid (in N/m²)

* ε is de permittiviteit van het materiaal (in F/m)

* E is de elektrische veldsterkte (in V/m)

* μ is de doorlaatbaarheid van het materiaal (in H/m)

* H is de magnetische veldsterkte (in A/m)

De Poynting-definitie is gebaseerd op het idee dat het momentum van een elektromagnetische golf wordt gedragen door de energieflux. Deze definitie wordt gegeven door de volgende vergelijking:

```

p =S/k

```

waar:

* p is de momentumdichtheid (in N/m²)

* S is de energieflux (in W/m²)

* c is de lichtsnelheid (in m/s)

Het debat over welke definitie van elektromagnetische momentumdichtheid in materie juist is, is al tientallen jaren aan de gang, omdat de twee definities in sommige gevallen verschillende resultaten opleveren. In een vacuüm geven de definitie van Abraham-Minkowski en de definitie van Poynting bijvoorbeeld hetzelfde resultaat. In een materiaal geeft de Abraham-Minkowski-definitie echter een ander resultaat dan de Poynting-definitie.

Het nieuwe onderzoek

De nieuwe studie van onderzoekers van de University of California, Berkeley heeft eindelijk het debat over de elektromagnetische momentumdichtheid in materie opgelost. Uit de studie bleek dat de definitie van Abraham-Minkowski van elektromagnetische momentumdichtheid in materie de juiste is.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van theoretische en experimentele technieken om aan te tonen dat de definitie van Abraham-Minkowski de enige definitie is die consistent is met de wetten van de natuurkunde. Uit de studie bleek ook dat de Poynting-definitie het momentum van elektromagnetische golven in materie niet correct beschrijft.

De oplossing van het debat over de elektromagnetische momentumdichtheid in materie is een belangrijke doorbraak op het gebied van elektromagnetisme. Het heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van hoe elektromagnetische golven interageren met materie, en het zou kunnen leiden tot nieuwe toepassingen van elektromagnetische golven in technologie en wetenschap.