Условие калибровки и закон сохранения зарядов в источнике можно записать в 4 – мерной форме, используя определение дивергенции
. (12.19)
. (12.20)
Уравнения (12.18) – (12.20) справедливы в любой инерциальной системе отсчета. Инвариантность этих уравнений обеспечивается благодаря инвариантности трехмерных уравнений Максвелла относительно преобразования Лоренца.
Преобразование
Лоренца для 4 – вектора в случае движения
системы
вдоль оси
относительно
системы
имеет вид
(12.21)
где
.
Преобразование (12.21) удобно записать в матричной форме
,
где
- компоненты 4 - тензора второго ранга:
.
Компоненты
получаются из
заменой
строк на столбцы (для тензора
это делается заменой
на
). Преобразования
4 – потенциала и 4 - тока имеют вид
.
Если
в системе отсчета заряд покоится, то тока в этой
системе нет,
. В системе
будем иметь
.
Из первого и из последнего соотношений получаем формулы преобразования плотности тока и плотности заряда
.
С
учетом последнего равенства, можно получить .
Изменение
плотности заряда при переходе от к
обусловлено изменением объема
. Действительно, заряд
в обеих системах одинаков, а плотность
заряда определяется соотношениями
.
Таким образом, полный заряд в заданном объеме остается неизменным
.
Вторым
частным случаем является ситуация, когда в системе имеется
незаряженный проводник, по которому течет ток
,
тогда
в системе будет некоторая плотность заряда
.
.
Эта плотность заряда определяется формулой
,
.
12.8. Тензор электромагнитного поля в
вакууме. Трехмерное поле
и
связано
с потенциалами
.
Учитывая
определение 4 – потенциала , получим компоненты
полей
,
,
,
,
,
.
Компоненты
вектора определяются по закону
Полученные
формулы представляют собой выражения для компонент поля через антисимметричный
4 – тензор второго ранга (его называют тензором
электромагнитного поля)
, (12.22)
Учитывая приведенные выше соотношения, получим представление тензора в виде
.
Из
представления (12.22) видно, что . В четырехмерном
пространстве Минковского поля
и
выступают не независимо, а как
составляющие единого четырехмерного электромагнитного поля, описываемые
тензором
. Электрическое и магнитное поля неразрывно
связаны между собой. Поле от одного источника в разных инерциальных системах
имеет разный вид. Если в одной инерциальной системе было только электрическое
поле, то в другой инерциальной системе отсчета появится еще и магнитное поле.
12.9.
Тензор индукции. Для описания поля в
веществе, кроме полей и
необходимо
ввести еще два вектора, например вектор электрической индукции
и вектор магнитного поля
, или вектор электрической поляризации
и вектор намагничивания
. Имеются две связи между этими векторами
.
Векторы
и
образуют
тензор индукции
получаемый из тензора
заменой компонент
на
, а компонент
на
:
. (12.22.А)
На
основе тензоров и
решается
задача о преобразовании компонент поля при переходе из одной инерциальной
системы в другую. Компоненты 4 – тензора
преобразуются
при лоренцовском преобразовании по формуле
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.