12.6. Эффект Доплера. Аберрация
света. Преобразование Лоренца может быть
использовано для описания релятивистского эффекта Доплера и эффекта аберрации
света (аберрация света анализировалась в разделе 12.3). Рассмотрим
электромагнитное поле . Плоская монохроматическая волна
имеет вид
(по – сути, обсуждаются свойства фурье -
образа). Здесь частота
и волновое число
связаны между собой дисперсионным
соотношением. Ограничившись распространением волны в вакууме, будем иметь
представление
. При преобразовании Лоренца поле
и его фурье - образ
преобразуются одинаково. Фаза
стоит в показателе экспоненты, значит, она
скаляр и она должна быть инвариантом. Введем в рассмотрение два 4 – вектора с
компонентами
и
. То,
что компоненты
являются компонентами 4 –
вектора (его называют волновым 4 - вектором), следует из представления
, где
-
скаляр,
- компоненты 4 – вектора. Значит, волновой
4 – вектор преобразуется согласно преобразованию Лоренца. 3 – вектор
преобразуется как 3 – вектор
, а
- как
время
. Имеет место соответствие
Пусть инерциальная система движется
с постоянной скоростью
относительно
инерциальной системы
и пусть в системе
волновой вектор и частота равны
и
.
Преобразование Лоренца, соответствующие трехмерному
движению системы относительно системы
получено в разделе 12.1, и оно имеет вид
, (12.10)
. (12.11)
Переход
к нашей задаче соответствует формальной замене . Из
формул (12.10), (12.11) имеем
,
(12.10.А)
, (12.11.А)
где
,
- угол между векторами
и
.
Из (12.11.А) имеем описание эффекта Доплера
.
Учитывая эту связь
Из (12.10.А) получим правило преобразования волновых векторов и описание аберрации света
. (12.12)
Формула (12.12)описывает изменение направления распространения света в вакууме при переходе из одной инерциальной системы в другую (эффект аберрации света), а формула (12.11.А) определяет соответствующее изменение частоты – релятивистский эффект Доплера.
12.7. Преобразования Лоренца 4 – потенциала и 4 – тока в электродинамике.
Уравнения электродинамики, в отличие от уравнений классической механики, инвариантны относительно преобразования Лоренца. Для удобства преобразования полей при переходе из одной инерциальной системы в другую, целесообразно ввести понятия 4 – векторов и 4 – скаляров в четырехмерном пространстве – времени.
В вакууме система уравнений Максвелла для гармонических полей (по – сути, речь идет о комплексных фурье - образах)
, (12.13)
, (12.14)
, (12.15)
, (12.16)
.
Введя трехмерный векторный и скалярный потенциалы
,
уравнения (12.13) – (12.16) можно свести к уравнениям для потенциалов
,
, (12.17)
где
символ означает оператор Д’Аламбера
,
и потенциалы подчинены калибровочному условию Лоренца
.
Трехмерные
уравнения (12.17) можно записать как одно четырехмерное уравнение для 4 –
потенциала и 4 – вектора плотности стороннего тока
:
. (12.18)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.