Излучает ли заряженная частица, ускоряясь в гравитационном поле?

Заряженная частица, подвергающаяся ускорению, излучает фотоны.

Рассмотрим заряд в свободно падающей системе отсчета. В такой системе локальное гравитационное поле обязательно равно нулю, и частица не ускоряется и не испытывает никакой силы. Таким образом, этот заряд свободен в такой системе координат. Но бесплатный заряд не испускает никаких фотонов. Кажется, есть парадокс. Излучает ли свободно падающий заряд в гравитационном поле?

Претензий к корректности нет; здесь есть несколько интересных моментов: physicsforums.com/archive/index.php/t-72035.html
Извините, но "Давайте рассмотрим заряд в свободно падающей системе отсчета". Если он падает, то падает на какой-то центр гравитации, поэтому утверждение «В такой системе отсчета локальное гравитационное поле обязательно равно нулю» неверно. Если частица находится на орбите, то есть угловое ускорение и она будет излучать. Если это свободное падение, то есть ускорение гравитационного поля. 1/r гравитационного потенциала становится равным 0, когда r=бесконечность.
@annav Это заслуживает того, чтобы немного расширить и дать ответ: D
@annav это правда, но тогда вопрос можно было бы задать так: «Представьте себе статический заряд. У него есть электрическое поле, но нет магнитного поля и, следовательно, нет излучения. Однако теперь давайте перейдем в ускоряющуюся систему отсчета. В этой новой системе отсчета у нас есть ускоряющий заряд, поэтому он должен излучать.Как может заряд излучать фотоны в одной системе отсчета, но не в другой?И поскольку ускоряющая система отсчета такая же, как гравитационное поле (принцип Эйнштейна) , излучает ли гравитационно-ускоренный заряд или нет?"
Это очень хороший вопрос, и я подозреваю, что ответ связан с тем фактом, что электрическое и магнитное поля являются компонентами тензора в специальной теории относительности, а это означает, что при смене системы отсчета электрическое поле может стать магнитным и наоборот. Я предполагаю, что переход к ускоряющей системе отсчета превращает статическое электрическое поле частицы в колеблющееся (излучающее) электромагнитное. Но было бы неплохо увидеть ответ с математикой, если кто-то ее знает.
@ Натаниэль, это другой вопрос
ОП спрашивает о частице, ускоряющейся в гравитационном поле, а затем переходящей в систему отсчета, в которой она находится в состоянии покоя; моя версия спрашивает о частице в состоянии покоя и преобразуется в частицу, в которой она ускоряется. Хотя это, возможно, разные вопросы, принцип эквивалентности Эйнштейна говорит нам, что у них должен быть один и тот же ответ.
@Nathaniel Я нашел хорошую статью по этому вопросу xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0006037 благодаря Manishearth
В Википедии есть статья о «парадоксе заряда в гравитационном поле».
Дубликат physics.stackexchange.com/questions/70915/… . (Хотя связанный вопрос был задан позже, чем этот, я считаю, что ответ Бена Кроуэлла на этот вопрос является авторитетным.)

Ответы (7)

Парадокс разрешается следующим образом: количество фотонов меняется при переключении между неинерционными системами отсчета. На самом деле это замечательный факт, и он справедлив и для квантовых частиц, которые могут создаваться парами частиц и античастиц и число которых зависит от системы отсчета.

Теперь шаг назад. Забудьте на мгновение о гравитации, так как она здесь не имеет значения (хотя мы все еще в ОТО). Представьте себе точечный заряд, ускоряющийся относительно плоского пустого пространства. Если вы переключитесь на систему покоя заряда, вы наблюдаете постоянное электрическое поле. Когда вы снова переключаетесь в инерциальную систему отсчета, вы видите, что поле меняется со временем в каждой точке и уносит излучение от заряда.

При наличии силы тяжести дело обстоит совершенно аналогично. Таким образом, переключение между неинерционными системами отсчета делает статическое электрическое поле переменным и соответствует потоку излучения.

Еще один важный момент: при движении с зарядом энергия не излучается, но при нахождении в лабораторном корпусе наблюдается поток. Однако и здесь нет противоречия, так как энергия как величина не определена для неинерциальных систем отсчета.

«Если вы переключитесь на систему покоя заряда, вы наблюдаете постоянное электрическое поле». Не могли бы вы объяснить, почему? Неясно, каким будет электрическое поле, потому что неясно, как ускоряется заряд и каково ваше определение электрического поля в ускоряющей системе отсчета (обычно электрическое поле является частью силы, обусловленной другими зарядами в инерциальной системе отсчета).
@JánLalinský: Это потому, что когда вы переключаетесь на ускоренный кадр в качестве наблюдателя, метрика будет постоянной с вашим собственным временем. Если вы запишете уравнения Эйнштейна-Максвелла, у вас будут уравнения для электрического и магнитного полей, которые не зависят от времени. Возможно, там могут быть некоторые компоненты потока, хотя у меня нет доказательств под рукой.
Меня совсем не убеждает этот ответ. В лучшем случае это кажется эвристическим.
Уважаемый @JerrySchirmer, большое спасибо, что указали на это!
@JerrySchirmer, и все же, не могли бы вы быть конкретными в своих утверждениях? Есть ли какой-то конкретный аргумент, который вы считаете неправильным в моем ответе? Думаете, какая-то сторона вопроса не была затронута? Или каким образом вообще ответ мог бы быть лучше, на ваш взгляд?
@AlexeyBobrick: ваш ответ не кажется мне неправильным, он просто не кажется убедительным - в частности, мне было бы трудно сделать этот аргумент количественным, чтобы показать, сколько радиации заряжен д произведет в шварцшильдовском пространстве-времени массу м . (Я не минусовал). Для меня существенным источником проблемы является самосила, которую, я думаю, можно интерпретировать как частицу, ускоряющуюся относительно своего поля.
@JerrySchirmer: Я бы сказал, что ответ тоже качественный, он просто спрашивает, почему возникает парадокс. Парадокс разрешается двумя утверждениями: 1) заряд в собственной системе отсчета не излучает только локально, 2) кроме того, статические поля могут превращаться в излучение при переключении кадров. Так что я просто не стал вдаваться в расчеты. И, как вы показываете в своем ответе, для получения оценок поля требуется вывод размера статьи.
@JerrySchirmer, кстати, даже незаряженные точечные массы могут иметь собственную силу в ОТО, подобно силе Абрахама-Лоренца.
@AlexeyBobrick: достаточно честно :)
Излучать — это то же самое, что ускоряться: это абсолют. Поэтому, если вы излучаете для кого-то, должна быть возможность обнаружить это в любой другой системе отсчета (инерциальной или нет). Свободно падающий заряд не излучает, потому что он инерционный. Заряд, покоящийся на Земле, излучает для свободно падающего наблюдателя. Тем не менее, если вы также покоитесь относительно заряда, даже если вы не увидите, что он излучает, электрическое поле искривлено из-за сильного принципа эквивалентности! Таким образом, поле заряда действует на сам заряд таким образом, что все его непротиворечиво даже с энергетической точки зрения.
@ Конечно, извините, но это не абсолютно. Рассмотрим заряд в вакууме - он точно не излучает для наблюдателя, для которого заряд покоится. Однако ускоренный наблюдатель увидит поток энергии. Следовательно, понятие «излучать» зависит от наблюдателя. И поэтому некоторые из ваших утверждений необходимо переформулировать с указанием наблюдателей.
Под абсолютным я подразумеваю, что если заряды излучают в инерциальной системе отсчета, то должен существовать способ узнать , что это так. То же самое происходит с ускорением. Несохранение синтаксической формы величины между кадрами не означает, что рассматриваемая величина не является в каком-то смысле «абсолютной». То есть где-то происходит что-то нетривиальное, значит, везде происходит что-то эквивалентное, нетривиальное.
@sure: Ну, я имею в виду совершенно точно, что если вы возьмете наблюдателя и учтете все физические величины (метрика, поля, кривизна) в его/ее окрестности, вы получите то, что «видит» наблюдатель. Таким образом, ускоренный наблюдатель «увидит», что если он выпустит тестовую частицу, то частица ускорится (см. то, что вы сказали). Точно так же ускоренный наблюдатель может взять детектор и измерить поток от поля инерционного заряда. Заметьте, заряд излучал не потому, что он инерционный, но все же можно узнать, что энергия была извлечена неинерционным наблюдателем (опять же, ср. с тем, что вы заявили).
Ускоренный заряд, если смотреть из его собственной системы отсчета, имеет кривую силовую линию и ненулевую собственную силу. Это именно то, что я имею в виду, когда говорю: «Вы знаете, что ускоряетесь, даже если находитесь в ускоренном кадре». Или может я чего-то не понял?
@sure: Нет, это определенно хорошо, хотя я думал, что вы имели в виду ускорение в целом. Да, я согласен с тем, что ускоренный заряд излучает нелокально в бесконечность, следовательно, ощущает собственную силу. Однако излучение как локально измеряемая величина зависит от наблюдателя. Думаю, на этом дискуссия исчерпана.
Да, мы действительно согласны.
Как этот ответ согласуется с принятым ответом на physics.stackexchange.com/questions/241522/… ?
Повышение Лоренца - это не то же самое, что ускорение
> «Вы видите, что поле меняется со временем в каждой точке. Это, естественно, соответствует появлению магнитных полей и, следовательно, излучению» — изменения электрического поля недостаточно, чтобы сделать вывод о наличии излучения. Излучение означает, что возмущение электрического поля распространяется на бесконечность и затухает с расстоянием не быстрее, чем С / р .
Большое спасибо за ваш комментарий! Вы правы, излучение действительно соответствует спаду C/r, и для него требуется нечто большее, чем просто изменяющееся электрическое поле. Однако моя точка зрения заключалась только в том, что ускоренные заряды действительно излучают для инерциальных наблюдателей. Я немного отредактирую ответ, чтобы избежать путаницы.

Недавний ответ Джона Ренни связал этот вопрос как «окончательный», но есть проблемы с принятым ответом Алексея Бобрика.

  • Упомянутое «количество фотонов» наводит на мысль, что речь идет о чисто квантовом эффекте. Нет, это не так. Движение и излучение точечного заряда в искривленном пространстве можно было бы описать классически.

  • Хотя в целом верно то, что на искривленном фоне трудно однозначно определить, что излучается, существует целый класс установок, где это можно сделать глобально и легко (по крайней мере, на концептуальном уровне). Рассмотрим асимптотически плоское пространство-время с времяподобным векторным полем Киллинга. Теперь рассмотрим точечный заряд, который начинает двигаться из бесконечности с постоянной скоростью при т знак равно − ∞ взаимодействует с нетривиальной частью метрики вокруг т знак равно 0 и улетает на т знак равно + ∞ . Уничтожение vf дает нам сохранение энергии для заряда системы. + электромагнитное поле», и, таким образом, разница между начальной и конечной кинетической энергией была бы четко определена, и это должна была бы быть излучаемая энергия. (Конечно, если есть горизонт черной дыры, «вдали» может также означать в черную дыру). Даже для заряда в связанном движении распад связанных орбит является таким случаем и не зависит от наблюдателя. Итак, если радиус орбиты заряда после, скажем, 10 20 оборотов в метрике Шварцшильда становится половиной ее начального радиуса, то никакое преобразование координат не может стереть излучение на бесконечности.

  • Еще одно замечание: этот вопрос совершенно отличается от вопроса, излучает ли равномерно ускоряющийся заряд: там дано движение, заряд увлекается внешней силой, а здесь мы имеем дело с зарядом и его полем, взаимодействующим с гравитационным полем. без вмешательства дополнительных сил, как движется заряд заранее неизвестно. И если для равномерно ускоренного заряда основная проблема состоит в том, как извлечь излучение из известного электромагнитного поля, то в текущем вопросе мы могли бы обойти эту проблему, ограничившись асимптотически плоским пространством-временем. Основная проблема теперь будет заключаться в том, чтобы найти движение заряда, и, применяя закон сохранения энергии, мы тогда узнаем энергию, которая была излучена.

Ответ Джерри Ширмера действительно ссылается на правильную статью, но не дает подробного объяснения «парадокса».

Итак, вот парадоксальное решение вопроса: в свободно падающей системе отсчета гравитационное поле, действующее на заряд, действительно равно нулю. Однако заряд не будет двигаться по геодезической. Вместо этого заряд будет двигаться под действием силы реакции излучения ДеВитта-Бреме:

(*) м а мю знак равно ф е Икс т мю + е 2 ( дельта ν мю + ты мю ты ν ) ( 2 3 м Д ф е Икс т ν д т + 1 3 р λ ν ты λ ) + + 2 е 2 ты ν ∫ − ∞ т − ∇ [ мю грамм + λ ′ ν ] ( г ( т ) , г ( т ′ ) ) ты λ ′ д т ′ ,
куда грамм + λ ′ ν ( Икс , Икс ′ ) является (запаздывающей) функцией Грина электромагнитного поля (это битсенсор: поэтому индексы λ ′ а также ν соответствуют (ко)касательным пучкам в разных точках), а интегрирование ведется по прошлому движению заряда. В случае отсутствия внешней силы ( ф е Икс т знак равно 0 ) и в риччи-плоской метрике эта сила дается только нелокальным интегралом. Между прочим, исходная статья ДеВитта и Бреме 1960 года не включала термин с тензором Риччи. Это было исправлено в 1968 году Хоббсом.

Функции Грина в ОТО для безмассовых полей имеют более богатую структуру, чем в плоском пространстве: она, как правило, отлична от нуля внутри будущего светового конуса точки Икс ′ , поэтому интеграл будет отличен от нуля. Это свойство отражает тот факт, что в искривленном пространстве-времени электромагнитные волны распространяются не только со скоростью света, но и со всеми скоростями, меньшими или равными скорости света , задержка вызвана взаимодействием между излучением и кривизной пространства-времени. Таким образом, интеграл обычно не равен нулю, и заряд будет излучать электромагнитные волны.

В нелокальности силы (*) нет ничего загадочного. Это результат перехода от системы с бесконечными степенями свободы «заряда + электромагнитное поле» к конечномерному описанию только в терминах движения заряда. На локально точечный заряд действует электромагнитное поле. Это электромагнитное поле возникло на том же заряде в прошлом, было рассеяно гравитационным полем на некотором расстоянии от него и создало потенциально ненулевую силу в настоящем.

Ситуацию будет легче понять, если мы рассмотрим следующую ситуацию в плоском пространстве: точечный заряд и небольшой диэлектрический шарик на некотором расстоянии д от него. Шарик приобретает дипольный момент в поле заряда и действует на него с определенной силой. Теперь давайте немного покачаем мяч вокруг момента т знак равно 0 , то возмущения ЭМ поля от этого покачивания будут распространяться и первоначальный заряд будет ощущать дополнительную силу во времени т знак равно д / с . Это обычная сила Лоренца, но поскольку единственным источником электромагнитного поля является наш заряд, мы можем записать ее как интеграл от функции Грина по прошлой мировой линии заряда. Эта функция Грина кодирует всю информацию о мяче и его покачивании. А так как на шаре есть дифракция, то эта функция будет отличной от нуля внутри будущего светового конуса своего аргумента Икс ′ . Сила, ощущаемая зарядом (как постоянный вклад, так и сигнал от покачивания), теперь будет записана в виде интеграла по прошлому заряду, выражение, подобное силе ДеВитта-Бреме.

Реальные расчеты функции Грина в ОТО довольно сложны и для примера я бы рекомендовал обзор

  • Пуассон, Э., Паунд, А., и Вега, И. (2011). Движение точечных частиц в искривленном пространстве-времени . Living Reviews in Relativity, 14 (1), 7, открытый доступ в Интернете .

Как только это будет сделано, работа силы ДеВитта-Бреме позволит нам рассчитать энергию излучаемой электромагнитной волны. Это было продемонстрировано Quinn & Wald:

Куинн, Т.К., и Уолд, Р.М. (1999). Сохранение энергии для точечных частиц, вступающих в реакцию излучения. Physical Review D, 60(6), 064009, doi , arXiv .

которые доказали, что чистая энергия, излучаемая в бесконечность, равна минус чистой работе, совершаемой над частицей силой реакции излучения ДеВитта-Бреме.

Очень интересное обсуждение! Да, ваш ответ интереснее и по делу, чем мой. Действительно, существует самосила из-за электромагнитных полей (спасибо за ссылки!), и она заставляет электрические заряды отклоняться от геодезических. И это инвариантное утверждение даже для пространства-времени без векторов Киллинга.

Заряд ускоряется. Это доказано в статье, написанной Брайсом ДеВиттом и Робертом Бреме в 60-х годах, цитируемой в статье по этой ссылке:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003491660900300

Radiation Damping in a Gravitational Field, Bryce S. DeWitt, Robert W. Brehme, Annals of Physics: 9, 220-259 (1960). на самом деле так и есть. В отсутствие приложенного извне электромагнитного поля движение частицы отклоняется от геодезического движения только из-за неизбежного хвоста в функции распространения электромагнитного поля, который входит в картину нелокально, появляясь в интеграле за прошлую историю частицы.

Статья больше не печатается, и мне пришлось найти ее в университетской библиотеке, чтобы прочитать. Интересная часть результата состоит в том, что ускорение частицы приобретает нелокальный член, который зависит от интеграла пути по пути частицы.

Кстати, правильный ответ, но явно не решает вопрос. В самом деле, слово «локально» есть разрешение парадокса. Заряд не излучает локально в сопутствующей системе отсчета. И все же делает это обычно для ускоренных или несопутствующих наблюдателей.
Об этом есть более свежая статья по адресу link.springer.com/article/10.12942/lrr-2011-7.

У нас есть Ф знак равно м 1 а куда м 1 - масса заряженной частицы и а ускорение.

Гравитационная сила Ф знак равно грамм м 1 м 2 / р 2 .

Следовательно а знак равно м 2 / р 2 куда м 2 - масса большого тела (земли), на которое падает заряженная частица и р это расстояние от центра тяжести и грамм гравитационная постоянная. Всегда есть ускорение, но когда р становится очень большим, ускорение очень мало, и испускаемые фотоны будут иметь очень низкую энергию.

Со свободно падающей заряженной частицей происходит то, что часть потенциальной энергии, которую она отдает при падении, превращается в энергию излучаемого фотона, а не полностью в скорость падения к центру тяжести, что произойдет с незаряженной частицей.

Вот соответствующее теоретическое исследование заряда и ускорения.

Обсуждаются условия, в которых формируется электромагнитное излучение. Установлено, что основным условием испускания излучения электрическим зарядом является наличие относительного ускорения между зарядом и его электрическим полем. Такая ситуация существует как для заряда, ускоренного в свободном пространстве, так и для заряда, поддерживаемого покоящимся в гравитационном поле. Следовательно, в таких ситуациях заряды излучают. Также показано, что связывание излучения с относительным ускорением между зарядом и его электрическим полем решает несколько трудностей, существовавших в более ранних подходах, таких как «парадокс энергетического баланса» и «релятивистский» характер наблюдения испускаемого излучения.

Более свежая ссылка здесь. . Это показывает, что свободно падающий заряд в конце концов не должен излучать. Только стационарный. Смотрите мой ответ на более новый актуальный вопрос здесь .

Вопрос находится в плоскости общей теории относительности. Свободно падающий заряд остается в покое в локальной системе отсчета. Обнаруживает ли наблюдатель, находящийся в той же системе отсчёта, излучение?
Вы используете классическую механику здесь. ОП просит интерпретировать с точки зрения общей теории относительности.
@Серджио, тогда вам следует задавать вопрос по-другому, указав в теле вопроса, что вы говорите о преобразованиях GR. Тем не менее ваше предположение, что в системе покоя частицы гравитационный потенциал равен нулю, неверно. Это будет что-то сложное по преобразованиям, чтобы добраться до остального кадра m1, но все же там. Я ожидаю, что наблюдатель, находящийся в состоянии покоя в системе покоя m1, не будет видеть излучение, так же как он/она не будет знать, что частица падает и увеличивает свою скорость в общем центре масс.
продолжение: физические фотоны, наблюдаемые в общей CMS, будут охлаждаться в инфракрасном диапазоне посредством тех же преобразований до точки виртуальности, если использовать квантовую теорию поля.
@anna v Уважаемая Анна, спасибо за ответ. Мой вопрос был в рамках общей теории относительности. Я считаю, что на сегодняшний день среди физиков нет согласия по этому вопросу. Это четко описано в этой статье xxx.lanl.gov/abs/gr-qc/0006037
@Серджио, я просмотрел документ, на который вы ссылаетесь. Вы должны понимать, что парадоксы возникают в физике, когда смешиваются математические модели. Математическая структура ОТО не должна смешиваться с классической ньютоновской гравитацией, что происходит, если вы подразумеваете ОТО и хотите увидеть гравитационные поля. В ОТО нет гравитационных полей, только искажения пространства-времени. Утверждение «местное гравитационное поле обязательно равно нулю» неверно, потому что оно смешивает две такие математические рамки, если вы подразумеваете, что мыслите в рамках ОТО. Решениям нужна единая согласованная структура.
ps Документ, на который вы ссылаетесь, интересен и приходит к тому же выводу, что и мой ньютоновский аргумент в комментариях.
Немного поздно, но разве этот ответ не нарушает принцип слабой эквивалентности? Вы предполагаете, что заряженная частица в гравитационном поле ускоряется медленнее, чем нейтральная. Но гравитация ничего не знает о квантовых числах, зарядах и т. д. из-за ВЭП.
@innisfree Gravity на данный момент ничего не знает о квантовой механике в последовательной структуре. Заряженная частица обязательно является квантово-механической сущностью. Надо дождаться единой квантовой теории, чтобы увидеть, как в ней будет выглядеть слабый принцип эквивалентности. До тех пор должны сохраняться полуклассические аргументы, и экспериментальным фактом является то, что ускоряющиеся или замедляющиеся заряды испускают излучение, и эта энергия откуда-то берется.
Какой опыт показывает, что заряд, ускоренный силой тяжести, излучает? Я согласен, что заряды, ускоренные в ЭМ полях, излучают.
@innisfree наша интуиция о том, что эквивалентность должна сохраняться и с квантово-механической стороны? вот препринт, который вычисляет этот cds.cern.ch/record/403583/files/9910019.pdf , чтобы он соответствовал принципу эквивалентности. Возможно, когда-нибудь наблюдения за черными дырами подтвердят это. Это будет небольшое влияние на излучение, испускаемое горячими газами, что является стандартным объяснением, которое я нахожу для источников рентгеновского излучения, являющихся черными дырами.
Однако цитата, которую вы цитируете, интересна; это говорит о том, что заряды, находящиеся в состоянии покоя в GF, излучают! Это означает, что электрон находится на поверхности Земли. Это спорно. Не читая больше, я не могу понять, как энергия сохраняется от обратной реакции.
@innisfree Я думаю, что это идея теоретиков не беспокоиться о том, как это будет в состоянии покоя. Они хотят подчеркнуть, что именно искажение поля генерирует излучение. Свободный электрон, покоящийся в вакууме, брал бы энергию из гравитационного потенциала. Находясь на поверхности, электроны связаны, Связанные электроны не излучают, в этом суть квантовой механики.
@innisfree: добавление к ответу общей теории относительности или квантовой механики не изменит результат. Нет причин усложнять ответ этими вещами, которые замутят физику. +1
Работа Харпаса и Сокера красива, проста, и ее следует преподавать любому, кто изучает общую теорию относительности. Это однозначно закрывает вопрос (теперь я полностью убеждён, что с электродинамикой и принципом эквивалентности проблем нет), и можно даже заключить, что земля, на которой лежит заряд, в результате излучает землю Хокинга. Там очень красивая штука с физикой.

Заряд окружен электрическим полем, которое можно считать «привязанным» к заряду, движется вместе с ним и простирается до бесконечности. Это такой же «физический» объект, как и сам заряд, и при движении он имеет массу/энергию и плотность импульса. Гравитационное ускорение заряда также гравитационно ускоряет локальное электрическое поле вокруг него, но не ускоряет те части электрического поля, которые находятся далеко от источника гравитации. Эти дальние части поля будут оказывать некоторое сопротивление заряду и представляют собой энергию, потерянную на излучение. Когда вы понимаете, что электрическое поле простирается до бесконечности, вы понимаете, что заряд — это нелокальный объект, и, следовательно, применять принцип эквивалентности неуместно.

Принцип эквивалентности работает везде, где вы его применяете. Проверьте статью, предоставленную Анной В.

Я не могу следить за большинством ответов и комментариев. Я хотел бы, чтобы вопрос был как можно более простым (что не означает легким). Во-первых, я считаю совершенно неуместным привлекать QM, еще хуже QFT. Хорошо известно, что отношения между ОТО и КМ далеки от урегулирования... Поэтому я буду настаивать на том, чтобы дискурс оставался строго классическим. Я хотел бы увидеть ответ на следующий вопрос (не оригинальный, но здесь, насколько я помню, ответа нет.)

Мы находимся на одинокой, невращающейся планете (или на холодной звезде, как вам больше нравится). На некотором расстоянии от его поверхности находится неподвижное заряженное тело. Например, тело удерживается неподвижным твердым вертикальным стержнем, поднятым над поверхностью планеты. Мне кажется, кто-то утверждал, что в такой ситуации, благодаря принципу эквивалентности, заряженное тело излучает. Очевидное возражение: откуда берется излучаемая энергия?

Позвольте мне объяснить лучше. Физическая ситуация, что касается планеты и заряженного тела, стационарна. Более того, нет сомнений в том, что пространство-время асимптотически плоское. Для меня излучение означает поток энергии, полный поток которого проходит через сферу радиусом р имеет конечный ненулевой предел как р → ∞ . Поскольку ОТО говорит, что энергия сохраняется в глобальном масштабе, я считаю, что она запрещает непрерывный поток энергии.

Покажите, пожалуйста, где ошибка в моих рассуждениях.

Это интересная тема, но я не думаю, что проблема полностью решена. Предположим, что в гравитационном поле есть неподвижный заряд, будет ли он излучать? Если применить принцип эквивалентности, то кажется, что оно будет излучать, так как гравитационное поле эквивалентно ускоряющей системе отсчета. Следовательно, стационарный заряд в поле тяготения эквивалентен ускоряющемуся заряду в поле невесомости. Следовательно, он должен излучать излучение. Некоторые физики говорят, что этого не произойдет. Это настоящий парадокс, бросающий вызов принципу эквивалентности. Во-вторых, рассмотрим незаряженную ракету, которая разгоняется за счет сжигания топлива. Предположим, что для получения ускорения в 1 g мы использовали 1 кг топлива. Сколько топлива мы должны использовать, чтобы разогнать заряженную ракету? менее 1 кг топлива или более 1 кг топлива? Если заряженная частица испускает излучение, то второй ракете нужно больше топлива. Но какие расчеты физиков показывают, что нам нужно столько же топлива? Тогда возникает парадокс! А как же энергия? в чем разница между заряженной и незаряженной ракетой? Я думаю, что это та тема, которую мы, физики, должны исследовать, чтобы раскрыть тайну! На самом деле есть книга под названием Равномерно ускоряющиеся заряженные частицы угрожают принципу эквивалентности по Стивен Н. Лайл посвященный объяснению этого парадокса.

Там ничего не осталось, чтобы решить. Общая теория относительности предсказывает, что частица будет излучать. Это известно с 60-х годов.
Что касается принципа эквивалентности. Это действительно во всех ситуациях? Можно ли применить принцип эквивалентности к электрону?
Не глобально. И собственная электромагнитная сила нарушает предпосылку принципа эквивалентности.
Хорошо, если это правда, как вы можете говорить, что нечего решать! Если принцип эквивалентности неприменим в квантовой ситуации, как можно с уверенностью сказать, что мы полностью ответили на этот вопрос?
Какое отношение он имеет к квантовой механике?
Излучение — это чисто квантовое явление.
У него есть классическое объяснение. Однофотонные состояния в любом случае не являются собственными состояниями гамильтониана.
Классические теории — это частные случаи квантовой теории, когда ℏ → 0 или же м → ∞ а сам фотон - это квантовое понятие!
Я понимаю классический предел. Покажите мне состояние "виртуального фотона". Это нефизическая ерунда, которая может прояснить некоторые вещи, но также не поддается наблюдению и зависит от теории возмущений. Поле — это то, что реально, фотонные состояния — это абстракции поля. Говорить о виртуальных фотонах при ответе на этот вопрос больше вводит в заблуждение, чем просто использовать классическую картину.
Излучает ли заряженная частица, ускоряясь в гравитационном поле?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v