能量是守恆的,光場的能量只不過轉化成別的形式,或者轉移到別的地方了。我們可以考慮下面兩個理想實驗,分別對應能量的轉化和轉移。第一個實驗,兩列相位相反的平面波沿相反的方向傳播。假設它們電場的相位相差180°,疊加以後電場完全抵消了,似乎能量變為零了。但是我們知道,電磁場的能量密度公式是:真空中傳播的電磁場的能量被平分成了兩半,一半是電場能量,一半是磁場能量。有兩列平面波相向傳播,如果它們的電場方向相反,因為電場方向、磁場方向和傳播方向需要滿足右手定則,那麼它們的磁場方向必然相同,如下圖所示:所以兩列波疊加以後的能量是:所以能量其實是守恆的,疊加以後的場的能量是原來兩個場的能量之和。只不過這種情況下光場的能量全部轉化成磁場的形式存在了。第二個實驗,兩列相位相反的平面波沿相同的方向傳播。我們搭建下面這樣一個干涉儀:這個干涉儀的名字叫做馬赫-曾德干涉儀(Mach–Zehnder interferometer)。如果兩列波在空間A的位置干涉相消,那麼它們必然在空間B的位置干涉相長。原因是這樣的,當光從介質介面反射時,根據麥克斯韋方程組邊界條件的要求,如果從光疏介質一側反射,反射光相位與入射光相位相差180°,對應於下圖所示的E2;如果從光密介質一側反射,反射光相位與入射光相位相同,對應於下圖所示的E1。仔細看上面的馬赫-曾德干涉儀,會發現在右上角的半透半反鏡那裡,發生的正是這種情況。所以當半透半反鏡一側的兩列光相位相差180°時,另一側的兩列光相位正好相同。所以能量還是守恆的,只不過在空間重新分佈了,有些地方是干涉相長,有些地方則是干涉相消。看到有人提問,我再補充一點。因為半反半透鏡是將光的能量平分成兩份,透射光是原來能量的一半;又因為能量與振幅的平方成正比 ,所有透射光的振幅變成了原來的。相干疊加的時候因為是振幅相加,光場的能量變成了因此能量還是守恆的。
能量是守恆的,光場的能量只不過轉化成別的形式,或者轉移到別的地方了。我們可以考慮下面兩個理想實驗,分別對應能量的轉化和轉移。第一個實驗,兩列相位相反的平面波沿相反的方向傳播。假設它們電場的相位相差180°,疊加以後電場完全抵消了,似乎能量變為零了。但是我們知道,電磁場的能量密度公式是:真空中傳播的電磁場的能量被平分成了兩半,一半是電場能量,一半是磁場能量。有兩列平面波相向傳播,如果它們的電場方向相反,因為電場方向、磁場方向和傳播方向需要滿足右手定則,那麼它們的磁場方向必然相同,如下圖所示:所以兩列波疊加以後的能量是:所以能量其實是守恆的,疊加以後的場的能量是原來兩個場的能量之和。只不過這種情況下光場的能量全部轉化成磁場的形式存在了。第二個實驗,兩列相位相反的平面波沿相同的方向傳播。我們搭建下面這樣一個干涉儀:這個干涉儀的名字叫做馬赫-曾德干涉儀(Mach–Zehnder interferometer)。如果兩列波在空間A的位置干涉相消,那麼它們必然在空間B的位置干涉相長。原因是這樣的,當光從介質介面反射時,根據麥克斯韋方程組邊界條件的要求,如果從光疏介質一側反射,反射光相位與入射光相位相差180°,對應於下圖所示的E2;如果從光密介質一側反射,反射光相位與入射光相位相同,對應於下圖所示的E1。仔細看上面的馬赫-曾德干涉儀,會發現在右上角的半透半反鏡那裡,發生的正是這種情況。所以當半透半反鏡一側的兩列光相位相差180°時,另一側的兩列光相位正好相同。所以能量還是守恆的,只不過在空間重新分佈了,有些地方是干涉相長,有些地方則是干涉相消。看到有人提問,我再補充一點。因為半反半透鏡是將光的能量平分成兩份,透射光是原來能量的一半;又因為能量與振幅的平方成正比 ,所有透射光的振幅變成了原來的。相干疊加的時候因為是振幅相加,光場的能量變成了因此能量還是守恆的。