Коэффициент 4 (или 2) в гравитоэлектромагнитном (GEM) законе силы Лоренца. Что правильно? Почему это там?

Я понимаю, что гравито-электромагнитные уравнения ( GEM ) выводятся из уравнения поля Эйнштейна (EFE) в вырожденном случае достаточно плоского пространства-времени, которое имеет место для распространения гравитационных волн в свободном пространстве, достаточно далеко от таких злобных явлений, как черные дыры или нейтронные звезды или тому подобное.

Теперь я достаточно хорошо понимаю уравнения Максвелла, и как получить электромагнитное излучение (на скорости волны с с ) от них. Я также понимаю электромагнитную силу как проявление единственной электростатической силы, но с учетом последствий специальной теории относительности.

Таким образом, в обоих случаях, EM и GEM, мы имеем в предельном случае статическое взаимодействие обратного квадрата и динамическое взаимодействие, которое распространяется с одинаковой скоростью с с , Взаимодействие обратных квадратов приводит к закону Гаусса и дифференциальному аналогу (дивергенции) в уравнениях Максвелла (или в уравнениях GEM).

Хорошо, просто для сравнения, статические законы ЭМ и гравитационного обратного квадрата:

F е = 1 4 π ε 0 Q 1 Q 2 р 2 F е знак равно 1 4 π ε 0 Q 1 Q 2 р 2
и
F грамм = - г м 1 м 2 р 2 F грамм знак равно - грамм м 1 м 2 р 2

В обоих случаях положительная сила F е F е или же F грамм F грамм отталкивающий Вот почему знак минус должен быть прикреплен к грамм грамм в законе статической гравитации.

Тогда уравнения Максвелла для EM:

⋅ ⋅ E ⋅ ⋅ B × E × B = 1 ε 0 ρ = 0 = - 1 с В T = 1 с ( 1 ε 0 ρ v ρ + Е T ) Е знак равно 1 ε 0 ρ В знак равно 0 × Е знак равно - 1 с В T × В знак равно 1 с ( 1 ε 0 ρ v ρ + Е T )

и партнеры GEM:

⋅ ⋅ E грамм ⋅ ⋅ B грамм × E грамм × B грамм = - 4 π грамм   ρ = 0 = - 1 с В грамм T = 1 с ( - 4 π грамм   ρ v ρ + Е грамм T ) Е грамм знак равно - 4 π грамм ρ В грамм знак равно 0 × Е грамм знак равно - 1 с В грамм T × В грамм знак равно 1 с ( - 4 π грамм ρ v ρ + Е грамм T )

В случае EM я устранил μ 0 μ 0 и выразил это с точки зрения ε 0 ε 0 и с с , В обоих случаях я выразил плотность тока J J как плотность заряда (или массовая плотность), умноженная на скорость дифференциального заряда или массы. И в обоих случаях я выразил в терминах единиц Лоренца-Хевисайда, что делает В В поля имеют те же размеры (и единицы измерения), что и Е Е поле. Это согласуется с большинством работ, касающихся GEM.

Выражения как в обратных квадратах, так и в выражениях EM / GEM полностью согласуются с заменой заряда массой, плотности заряда массой и 1 4 π ε 0 1 4 π ε 0 с участием - G - грамм , Обе системы уравнений EM / GEM вырождаются по законам обратных квадратов и взаимодействию, которое распространяется со скоростью с с ,

Пока что это согласуется с выражениями для EM или GEM в статьях Википедии об этом. Разница заключается в уравнениях силы Лоренца, действующих на небольшой пробный заряд Q Q или небольшая испытательная масса м м (движется со скоростью, не зависящей от плотности тока заряда или плотности тока массы выше):

Для EM это:

F е = q E + q с v Q × B F е знак равно Q Е + Q с v Q × В

Для GEM в статье в Википедии это:

F грамм = м е грамм + м с v м × ( 4 В грамм ) F грамм знак равно м Е грамм + м с v м × ( 4 В грамм )

Первый срок (право " знак равно знак равно «знак» - электростатическая или статическая гравитационная сила, а последний термин - электромагнитная или гравитомагнитная сила.

Теперь для силы Лоренца GEM, где этот фактор 4 4 родом из? И есть другие документы, которые показывают уравнения GEM, как указано выше, но имеют коэффициент 2 2 вместо:

F грамм = м е грамм + м с v м × ( 2 Б грамм ) F грамм знак равно м Е грамм + м с v м × ( 2 В грамм )

или нет фактора выдумки в силе Лоренца, но 1 2 В грамм 1 2 В грамм в GEM , что эквивалентно.

Я не знаю, почему либо 4 4 или 2 2 вступил бы в это, но я хотел бы знать, кто прав; 4 Б грамм 4 В грамм защитники или 2 Б грамм 2 В грамм защитники?

Ответы (1)

TL; DR: фактор 4 4 в силу Лоренца морально приходит попытка имитировать поле спина 2 как поле спина 1. Не существует уникального / канонического / "правильного" соглашения о нормализации: все еще возможно нормализовать / масштабировать поля φ φ , , Е Е & В В как нам угодно, но это только сдвигает фактор 4 4 вокруг: оно не исчезает везде!

В деталях:

  1. Рассмотрим линеаризованный EFE 1 1

    грамм μ ν   знак равно   - 1 2 ч ¯ μ ν   знак равно   κ T μ ν , κ     8 π грамм с 4 , (1) (1) грамм μ ν знак равно - 1 2 час ¯ μ ν знак равно κ T μ ν , κ 8 π грамм с 4 ,
    в манометре Лоренца
    μ час ¯ μ ν   знак равно   0. (2) (2) μ час ¯ μ ν знак равно 0.
    Вот
    грамм μ ν   знак равно   η μ ν + ч μ ν , час ¯ μ ν   : =   час μ ν - 1 2 η μ ν час час μ ν   : =   час ¯ μ ν - 1 2 η μ ν час ¯ , (3) (3) грамм μ ν знак равно η μ ν + час μ ν , час ¯ μ ν знак равно час μ ν - 1 2 η μ ν час час μ ν знак равно час ¯ μ ν - 1 2 η μ ν час ¯ ,
    Материей считается пыль :
    T μ 0   знак равно   c j μ , J μ   знак равно   [ c ρ J ] , T я ж   знак равно   O ( c 0 ) (4) (4) T μ 0 знак равно с J μ , J μ знак равно [ с ρ J ] , T я J знак равно О ( с 0 ) ,

  2. В нашем соглашении анзац GEM гласит:

    μ   знак равно   [ ϕ / c ] , час ¯ я ж   знак равно   O ( c - 4 ) , μ знак равно [ φ / с ] , час ¯ я J знак равно О ( с - 4 ) ,
    - 1 4 час ¯ μ ν   знак равно   [ ϕ / c 2 A / C T / с O ( c - 4 ) ] 4 × 4 - ч μ ν   знак равно   [ 2 ϕ / c 2 4 кондиционера 4 А T / с ( 2 ϕ / c 2 ) 1 3 × 3 ] 4 × 4 - 1 4 час ¯ μ ν знак равно [ φ / с 2 T / с / с О ( с - 4 ) ] 4 × 4 - час μ ν знак равно [ 2 φ / с 2 4 T / с 4 / с ( 2 φ / с 2 ) 1 3 × 3 ] 4 × 4
    грамм μ ν   знак равно   [ - 1 - 2 ϕ / c 2 4 кондиционера 4 А T / с ( 1 - 2 ϕ / c 2 ) 1 3 × 3 ] 4 × 4 , (5) (5) грамм μ ν знак равно [ - 1 - 2 φ / с 2 4 T / с 4 / с ( 1 - 2 φ / с 2 ) 1 3 × 3 ] 4 × 4 ,
    Гравитационный датчик Лоренца (2) соответствует условию датчика Лоренца
    с - 2 T ϕ + A     μ μ   знак равно   0 (6) (6) с - 2 T φ + μ μ знак равно 0
    и «электростатический предел»
    T   знак равно   O ( c - 2 ) (7) (7) T знак равно О ( с - 2 ) ,

  3. Далее определите напряженность поля

    F μ ν   : =   μ ν - ν μ , - E   : =   ϕ + T А , В   : =   A × A. (8) (8) F μ ν знак равно μ ν - ν μ , - Е знак равно φ + T , В знак равно × ,
    Тогда временные и пространственно-временные сектора линеаризованного EFE (1) становятся гравитационными уравнениями Максвелла с источниками
    μ F μ ν   знак равно   4 π грамм с J μ , (9) (9) μ F μ ν знак равно 4 π грамм с J μ ,
    Обратите внимание, что гравитационное (электрическое) поле Е Е должно быть внутрь (наружу) для положительной массы (заряда) соответственно. По этой причине в этом ответе / OP / Wikipedia уравнения GEM (9) и уравнения Максвелла имеют противоположные 2 2 приметы. Смотрите также этот связанный пост Phys.SE.

  4. Лагранжиан для массивной точечной частицы в искривленном пространстве в статической калибровке Икс 0 = с т Икс 0 знак равно с T является

    L   знак равно   - м 0 с - г μ ν Икс ˙ μ Икс ˙ μ - - - - - - - -   знак равно ( 5 )   - м 0 с с 2 + 2 ϕ - 8 A v - ( 1 - 2 ϕ / c 2 ) v 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - L знак равно - м 0 с - грамм μ ν Икс ˙ μ Икс ˙ μ знак равно ( 5 ) - м 0 с с 2 + 2 φ - 8 v - ( 1 - 2 φ / с 2 ) v 2
      знак равно   - м 0 с 2 γ 1 + 2 γ 2 с 2 ( ( 1 + V 2 / с 2 ) ϕ - 4 v A ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   знак равно ( 12 )   - м 0 с 2 γ   -   U   +   O ( A 2 ) , (10) (10) знак равно - м 0 с 2 γ 1 + 2 γ 2 с 2 ( ( 1 + v 2 / с 2 ) φ - 4 v ) знак равно ( 12 ) - м 0 с 2 γ - U + О ( 2 ) ,
    γ   : =   1 1 - v 2 / с 2 - - - - - - - - , (11) (11) γ знак равно 1 1 - v 2 / с 2 ,
    Здесь зависящий от скорости потенциал для гравитационной силы Лоренца
    U   знак равно   м 0 γ ( ( 1 + V 2 / с 2 ) ϕ - 4 v A )   знак равно N р   м 0 ( ϕ - 4 v A )   +   O ( v 2 ) (12) (12) U знак равно м 0 γ ( ( 1 + v 2 / с 2 ) φ - 4 v ) знак равно N р м 0 ( φ - 4 v ) + О ( v 2 ) ,
    Гравитационная сила Лоренца переходит в нерелятивистский (NR) предел
    F   знак равно   d d T U v - U р   N р   м 0 ( - ϕ + 4 ( v × B - T А ) )   знак равно ( 7 )   м 0 ( E + 4 v × B ) . (13) (13) F знак равно d d T U v - U р N р м 0 ( - φ + 4 ( v × В - T ) ) знак равно ( 7 ) м 0 ( Е + 4 v × В ) ,

Рекомендации:

  1. B. Mashhoon, гравитоэлектромагнетизм: краткий обзор, arXiv: gr-qc / 0311030 .

-

1 1 В этом ответе мы используем соглашение о знаке Минковского ( - , + , + , + ) ( - , + , + , + ) и работать в системе СИ. Пространственно-индексы i , j , { 1 , 2 , 3 } я , J , ... { 1 , 2 , 3 } являются латинскими буквами, а индексы пространства-времени μ , ν , { 0 , 1 , 2 , 3 } μ , ν , ... { 0 , 1 , 2 , 3 } греческие буквы.

2 2 Предупреждение: в Mashhoon (ссылка 1) уравнения GEM (9) и уравнения Максвелла имеют один и тот же знак. Для сравнения в этом Phys.SE ответ

φ   знак равно   - ϕ Mashhoon , Е   знак равно   - E Mashhoon , φ знак равно - φ Mashhoon , Е знак равно - Е Mashhoon ,
  знак равно   - 1 2 с Mashhoon , В   знак равно   - 1 2 с В Mashhoon , (14) (14) знак равно - 1 2 с Mashhoon , В знак равно - 1 2 с В Mashhoon ,

я добавил +1 и пометил ответ, хотя я не достаточно GR, чтобы расшифровать ответ. так кажется, что 4 4 «да. даже так, в этом ответе я демонстрирую, как мало этот инженер-электрик знает физику, проводя мысленный эксперимент с двумя линиями заряда, и ускорение их отталкивания уменьшается либо магнитной силой, либо замедлением времени. Теперь, если бы вы были ....
... замените эти две линии заряда линиями массы и рассмотрите их привлекательное ускорение в случае линий массы, стоящих перед вами, наблюдателем, и затем снова, когда они движутся относительно вас, наблюдателя, из POV специального Относительность ускорения будет уменьшаться так же, как при магнетизме. но из POV уравнений GEM с этим фактором 4 4 разве это не означает, что привлекательное ускорение будет уменьшено в 4 раза? Можно ли уменьшить это привлекательное ускорение до нуля? или даже к отрицательному ускорению и гравитации отталкивает две линии?
Q, я должен задать этот вопрос в отдельном вопросе?
Да, это, кажется, новый отдельный вопрос.
хорошо, Q, я постараюсь опубликовать отдельный вопрос в попытке разрешить это несоответствие в моем понимании. мне просто кажется, что гравитомагнитная сила в 4 раза больше, и, думая об этой простой паре бесконечных параллельных линий массы, мне кажется, что тот же мысленный эксперимент должен работать для GEM, как и для EM.