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引力场、静电场、磁场使光子发生偏转的偏转角公式及实验:

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  • 叶艺霖3
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引力场使光子发生偏转的偏转角公式为:
α=4GM/c²r
α为引力场使光子发生偏转的偏转角,单位(弧度),G为万有引力常量,M为天体质量,c为光速,r为光线到太阳中心的最近距离(天体半径)
以太阳为例,代入
G=6.67 ×10⁻¹¹Nm²/kg²
M= 1.99 × 10³⁰kg,c=3 ×10⁸m/s,太阳半径= 6.96 × 10⁸m,计算可得,光子在太阳表面引力场中的偏转角为:
α=4GM/c²r
a =4×6.67×10⁻¹¹×1.99×10³⁰/(3×10⁸)²×6.96×10⁸
≈ 8.5×10⁻⁶弧度
≈1.75角秒
≈4.8×10⁻⁴度
验证实验:
1919年5月29日日全食期间,爱丁顿率领两支观测队测量了金牛座Hyades星团光线经过太阳的偏转角。实测值为1.61''±0.30'',与广相预言值误差范围重合,成为首个直接验证广义相对论的实验证据[lbk]2[rbk] 。现代通过甚长基线干涉测量(VLBI)技术,将测量精度提升至0.02%以内,始终与理论值相符。
————————————————————
静电场使光子发生偏转的偏转角公式为:
α=4kQ/c²r
α为静电场使光子发生偏转的偏转角,单位(弧度),k为静电力常量,Q为带电体的电量,c为光速,r为光线到带电体中心的最近距离(带电体半径)
设有一带静电荷的金属球体,其电势为100万伏,静电球半径为1米时,根据电势公式U=kQ/r,此时静电球电量为:
Q=Ur/k=10^6×1/8.987551×10⁹
≈1.11×10⁻⁴C
k=8.987551×10^9N·m^2/C^2,
c=299792458 m/s,r=1m
光子在带电金属球体表面的静电场中偏转的偏转角为:
α= 4kQ/c²r
α=4× 8.987551×10^9N× 1.11×10⁻⁴/(3×10⁸)²×1
≈1.11×10⁻¹²弧度
≈2.2×10⁻⁷角秒
≈6×10⁻¹¹度
普克尔斯电-光效应由德国晶体物理学家普克尔斯于1893年在石英晶体中发现,指某些材料在外加电场作用下折射率发生线性变化的现象。
电光偏转器,由于电光效应引起的折射率变化An非常小(通常在10-5~10-3量级),即使器件的长宽比L/d做得很大,最终的偏转角也非常小。
典型值:大多数电光偏转器的偏转角在 0.1~100 mrad 的范围内。
例如,一个典型的器件可能产生10mrad 的
偏转,≈0.57度(5.7×10⁻¹度)。
电光偏转器的偏转对象:一般是光束的传播方向(空间偏转)
————————————————————
磁场使光子偏转的偏转角公式为:
α=4×LI/c²r
α=4×Lqv/c²r
(L=μ 0 / 4π,I=qv)
α为磁场使光子发生偏转的偏转角,单位(弧度),L为磁力常量(L=μ 0 / 4π),μ 0 为真空磁导率,等于4π×10⁻⁷ H/m ,I为载流线圈产生的磁量(I=qv,也称为电流强度),q为载流线圈里电子每秒通过任一横截面的电荷量,v为电子速度,r为电磁铁S或N表面上的光线到电磁铁中心点的最近距离,c为光速
设有一超导电磁铁,载流线圈的电流强度为10^4安,电磁体半径为1米,载流线圈加入铁芯(相对磁导率为10^4)后构成的电磁铁产生的磁量相比原有载流线圈的磁量提高了10000倍。
光子在此电磁铁表面的磁场中偏转的偏转角为:
α=10000×4×LI/c²r
α=10⁴×4×10⁻⁷ ×10⁴/(3×10⁸)²×1
α=4.4×10⁻¹⁶弧度
α≈9×10⁻¹¹角秒
α≈2.5×10⁻¹⁴度
科顿-穆顿磁光效应
1907年A.科顿和H.穆顿首先在液体中发现。光在透明介质中传播时,若在垂直于光的传播方向上加一外磁场,则介质表现出单轴晶体(见双折射)的性质,光轴沿磁场方向,主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致光线双折射效应。
法拉第磁光效应
1845年,法拉第发现:当一束平面偏振光通过置于磁场中的磁光介质(如玻璃)时,平面偏振光的偏振面就会随着平行于光线方向的磁场发生旋转。旋转的这个角度称之为法拉第旋转角,也称磁致旋光。在处于磁场中的均匀各向同性媒质内,线偏振光束沿磁场方向传播时,振动面发生旋转的现象。
法拉第磁光偏转器,偏振面的旋转角(0_F):
它是一个固定值,由公式6_F=V*B
*L计算得出。例如,常用TGG晶体(V~40 rad/(T•m))在1T磁场中穿过1cm长度,旋转角约为0.4rad(约23度)。
磁光偏转器的偏转对象:一般是光束的偏
振方向(偏振面旋转)
目前,人类能测量到的最小角度,其数量级在10⁻⁹角秒 左右(约10⁻¹³度)。


  • 雨山空99
  • 富有美誉
    9
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光子是侧向受力才偏转,速率方向是平衡受力才保证光速不变。如果这3个公式正确,那么只能说光子在侧向是有质量和电荷的。光子有内部结构


2026-09-03 06:52:46
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  • liufangtx
  • 远近闻名
    10
该楼层疑似违规已被系统折叠 隐藏此楼查看此楼
光速不变向来都是被迫接受的,作为最小粒子和最大速度,肯定受环境影响,怎么会不变,才承认 光子在场强不均匀的引力场、静电场、磁场中,光速是变化的,有意义吗?反而说明光是随参考系运动的。


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