勻速直線運動的電荷會輻射電磁能嗎?
首先給出結論:
勻速運動電荷在運動前方不斷產生新的靜止磁場,而運動後方的靜止磁場在不斷地消失。
一、 在精度較高的電子荷質比實驗中,高速運動的帶電粒子的荷質比的測定實驗證明符合如下關係式:
這就說明電子的總電荷不遂其運動狀態改變而改變。
那麼,運動中點電荷激發的電場用求坐標表為:
可以看出,勻速運動的點電荷激發的電場不再是對稱的。下面考察兩個特殊位置:
1. theta=0.,電場簡化為:
變為靜止電荷的a的平方分之一
2 theta =90度,電場簡化為
變為靜止電荷的a倍。
二、運動電荷的磁場
如果在空間中有兩個點電荷q1 和q2, q1相對於q2的運動速度為v,那麼q1在q2處激發的磁場在極坐標表示為:
這個當然是不會的。
如果你熟悉電磁輻射的公式或者理論推導,你就可以知道電磁輻射的功率表示式里有一個因子是電荷的加速度,一旦加速度等於零,電磁輻射的功率就等於零了。而勻速直線運動的電荷的加速度等於零,所以它不會輻射出電磁能。
當然了,上面的說法並不是很直觀。
直觀得說法需要用到狹義相對論原理,那就是在任何慣性參考系中,物理本質不應該改變。
因此,根據狹義相對性原理,一個靜止的慣性參考系與一個勻速直線運動的慣性參考系是等價的。那麼,我們知道,一個靜止的電荷是不會輻射出電磁波的,所以 ,一個均勻直線運動的電荷也就不會輻射出電磁波,因為它們的物理本質應該是一樣的。否則的話,一個靜止的慣性參考性就不等價於一個勻速直線運動的慣性參考系了,這就違背了狹義相對論原理。
一般的物理學初學者有一些錯誤的觀念,總以為運動與靜止是有區別的。其實,這個世界上的大部分運動與靜止沒有本質的區別,真正有區別的是一個物體有沒有靜止質量,比如光子,它沒有靜止質量,永遠運動。而有靜止質量的物體,則可以通過變換參考系,抹去它的運動,相當於,它是永遠靜止的。在你提到得電磁輻射的問題中,電荷肯定是有質量的,所以總可以看成是靜止的。而且,問題的關鍵在於,一個有加速度的電荷,其輻射場可以傳到時空的類光無限遠,在這裡,加速度是一個很微妙的概念,要完全搞清楚這個問題,你需要學習四維加速度的概念。
不會輻射。如果沒有外力,會一直保持速度。
關於電磁輻射的電動力學是啟發相對論的最重要線索。按照相對論,我們可以用任何一個慣性參考系思考計算問題。換一個參考系問題就變得非常簡單了:
用電荷原來靜止的參考系。如果不受外力的電荷會自己輻射減速;在這個參考系裡,一個靜止的電荷會無緣無故輻射加速?肯定不可能啊??
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