تاثیر قطبش بر مسیر حركت نور در فضا زمان خمیده
در این پژوهش، انتشار امواج الکترومغناطیسی تک فام قطبیدهی دایرهوار با بسامد بالا را در فضا-زمان خمیده موردبررسیقرارمیدهیم. هدف اصلی، مطالعهی تأثیر قطبش نور بر مسیر حرکت آن در یک فضا-زمان خمیده میباشد. برای این منظور با معادلات ماکسول در فضا-زمان خمیده شروعمیکنیم. معادلهی موج و شرط لورنتس حاکم بر چاربردار پتانسیل را مینویسیم. چون، هدف بررسی امواج با بسامد بالا میباشد، از تقریب WKB استفادهکرده و یک جواب فرضی برای چاربردار پتانسیل انتخاب میکنیم و در شرط لورنتس و معادلهی موج قرارمیدهیم. نخست به مطالعهی اپتیک هندسی استاندارد در فضا-زمان خمیده، میپردازیم؛ یعنی بسامد امواج الکترومغناطیس را بینهایت درنظرمیگیریم . با بررسی معادلات بدستآمده، نتیجهمیگیریم که امواج نور عرضی بوده و مسیر حرکت نور، ژئودزیکهای مخروطنوری میباشد.
اما، اگر بسامد نور بسیار بزرگ، ولی متناهی باشد، میبایست اپتیک هندسی را تعدیلکنیم. برای این منظور، با درنظرگرفتن قطبش نور ، میتوان تصحیحات وابسته به هلیسیته (دستوارگی قطبش دایرهوار) را روی اپتیک هندسی انجامدهیم. این چنین تعدیل را رهیافت اسپین-اپتیک مینامند. برای بررسی این رویکرد، ابتدا با یک فضا-زمان مانا شروع کرده و تصحیحات وابسته به هلیسیته را در تابع فاز مربوط به جواب فرضشدهی چاربردار پتانسیل انجاممیدهیم. اکنون، چاربردار پتانسیل تصحیحشده را در شرط لورنتس و معادلهی موج قرارمیدهیم تا به معادلات حاکم بر بردار دامنه و بردار موج برسیم. معادلات بدستآمده، که بیانگر چگونگی انتشار بردار دامنه و معادلهی حرکت نور میباشند، به هلیسیتهی نور وابستهاند. با بررسی معادلههای بدستآمده از این نگرش، نتیجهمیگیریم که مسیر حرکت پرتو نور قطبیدهی دایرهوار در فضا-زمان مانای چرخان، روی مخروط نوری بوده اما دیگر ژئودزیک نیست و قطبشهای مختلف، مسیرهای متفاوتی را طیمیکنند.
در گام بعد، میتوانیم اسپین-اپتیک را در یک فضا-زمان دلخواه مطالعهمیکنیم. برای این هدف، نخست چاربردارهای نورگونهای را برای بررسی حرکت نور در فضا-زمان خمیده، میسازیم. با توجه به آنکه قطبش نور معیار اصلی این بررسیها میباشد، فرمهای دیفرانسیل مرتبهی دو مربوط به قطبشهای راستگرد و چپگرد را تعریفمیکنیم. سپس، بر پایهی این فرمهای مربوط به قطبش، فرم دیفرانسیل الکترومغناطیس حاکم بر نور با قطبشهای راستگرد و چپگرد را تعریفمیکنیم. بر اساس این فرم الکترومغناطیس، چاربردار پتانسیل را برای دو نوع قطبش معرفیکرده و معادلات موج و شرط لورنتس حاکم بر آن را مینویسیم. با استفاده از یک جواب فرضی و روش WKB معادلاتی حاکم بر بردار دامنه و بردار موج پیدامیکنیم. با نگاهداشتن این معادلات تا مرتبهی صفر از پارامتر بسط، به قوانین اپتیک هندسی میرسیم. اما، با نگاهداشتن این معادلات تا مرتبهی نخست پارامتر بسط، میتوان به قوانین انتشار نور در رویکرد اسپین-اپتیک رسید؛ امواج نور عرضی نمیباشند، همچنین، مسیر حرکت نور روی مخروط نوری بوده، اما برای قطبشهای راستگرد و چپگرد، متفاوت و غیر ژئودزیکی میباشد.