Почему свет не поляризуется в магнитном и/или электрическом поле?

Эффект Фарадея дисперсионный, поэтому он когерентный и обратимый. Он корректирует эволюцию света, но не вызывает «расслабления». В общем, система не может достичь основного состояния, например, выровняться по магнитному полю, без некоторой диссипации (например, поглощения).

С точки зрения линейной алгебры об этом можно думать следующим образом: рассмотрим ортогональные состояния света, такие как$H$а также$V$линейные поляризации. После когерентной эволюции они остаются ортогональными, иначе эволюция не была бы обратимой (данное конечное состояние позволяет однозначно определить начальное состояние). Эта логика показывает нам диапазон возможных вариантов согласованной эволюции. Поляризация может вращаться (например, эффект Фарадея), она может меняться от линейной к эллиптической или круговой (например, четвертьволновая пластина) или зеркально отражаться (например, полуволновая пластина). Конечно, любая комбинация этих вариантов также допустима. Но он не может выровняться без «потери информации», для чего потребовался бы поглощающий поляризатор. (То, что я только что описал,$U(2)$группа унитарных матриц на$2\times 2$сложные векторы.)

Примечание: когда я говорю «обратимый», я имею в виду когерентный или унитарный. Я не имею в виду симметрию обращения времени, которую нарушает эффект Фарадея.

Редактировать Если мы ищем способ выравнивания света с магнитным полем, нам нужно, чтобы информация об исходной поляризации света была потеряна. Эффект Фарадея вне резонанса и не может этого достичь. Один из способов реализовать это — использовать дихроизм , когда поглощается одна поляризация (обычно круговая) света. Этот процесс явно не когерентный/унитарный, потому что он стирает информацию о том, что представляет собой входящая поляризация. После поглощения при правильной настройке свет может выровняться с магнитным полем. (Если хотите, я могу привести явный пример с атомами.)

Извините, если это повторяет мой комментарий.

Свет поляризуется в присутствии магнитного поля. Именно так восстанавливаются трехмерные карты силовых линий магнитного поля над определенными поверхностными структурами Солнца посредством наблюдения за направлением поляризации света конкретной инфракрасной линии, приходящей из фотосферы. Я помню, что это была статья Круппа, Колладоса и других в журнале Nature. Это относительно новый метод (думаю, из последнего десятилетия), потому что до недавнего времени было технически сложно наблюдать поляризацию солнечного света.

См. эту ссылку для бумаги (это действительно письмо). Популярное описание техники можно найти здесь .

@QuantumDot Кажется, вы близки к ответу на этот вопрос. Ни лагранжиан электромагнитного поля, ни калибровочные теории фундаментальных взаимодействий не включают взаимодействия между фотонами и электрическими или магнитными полями. Электрическое или магнитное поле сами по себе представляют фотоны очень низкой энергии. Сказать, что фотон взаимодействует с магнитным или электрическим полем, означало бы, что фотоны взаимодействуют между собой. Фотон-фотонное взаимодействие возможно через две фермионные «квадратные» петли, такие как e-e+, например. Кроме того, фотоны не имеют ни электрического, ни магнитного дипольного момента. Следовательно, ваше предположение о том, что фотоны беспрепятственно проходят через электрическое или магнитное поле, верно. Я увеличил ваш комментарий на 1.

Я думаю, что суть вопроса заключается в вашем:

почему электрические и/или магнитные компоненты света не выравниваются естественным образом

Что означает «выравнивание», кроме взаимодействия?

Итак, вопрос «Взаимодействуют ли фотоны с электрическим или магнитным полем в вакууме» ? необходимо ответить сначала, прежде чем вдаваться в подробности типа взаимодействия.

Ответ на это последнее: «да, с очень и очень малой вероятностью». Это явление называется рассеянием Дельбрюка и наблюдалось экспериментально.

Это только эффект КЭД, он не существует в классической электромагнитной теории, и измерения используются как экспериментальное подтверждение КЭД. Это свидетельствует о поляризации вакуума в сильных электрических полях ядер.

Таким образом, фотоны взаимодействуют с полями через КЭД-диаграммы более высокого порядка, а не просто более высокий порядок, самый низкий разрешенный порядок — шестой, что делает это взаимодействие очень маловероятным. Оно мало в сильных полях вокруг ядер, оно бесконечно мало в далеких когерентных полях атомов, что и есть электрическое или магнитное поле в вакууме. Чтобы иметь какие-то поля, нужны электрические и магнитные источники атомов.

«Бесконечно малая вероятность взаимодействия» - это то, что сводит на нет «естественность» в вашем вопросе. Пучок фотонов не выравнивает свое электрическое или магнитное поле с направлением электрического и магнитного полей в вакууме, потому что вероятность взаимодействия практически отсутствует.

Я думаю, что с точки зрения фотоники свет или фотон могут взаимодействовать только через заряд и гравитацию. Рассматривайте свет как бозонную вибрацию пространства-времени. Заряд является источником таких колебаний, а также отвечает за рассеяние, поглощение. Гравитация влияет на свет, потому что гравитация — это искривление самого пространства-времени.

Из чисто волновой картины любой эффект света сводится к эффекту интерференции волн: рассеяние — это волна, генерируемая диполями внутри вещества, возбуждаемая падающей волной; поглощение — это просто рассеянная волна, не совпадающая по фазе с падающей, нелинейность — ангармоническое рассеяние и т. д. и т. п. Сами волны просто складываются по принципу интерференции, не меняя внутренних свойств друг друга. Поляризация является таким свойством. Следовательно, свет в сумме с другим светом не изменит поляризацию ни того, ни другого, хотя они могут образовать стоячую волну или биение.

Свет поляризуется в магнитном поле. Магнитное поле черной дыры было обнаружено благодаря поляризации света. Проверьте эту статью: http://www.iflscience.com/space/black-holes-powerful- Magnetic-field-observed-first-time