- ИНВАРИАНТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
- ИНВАРИАНТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
-
- величины, характеризующие эл.-магн. поле и не изменяющие своего значения (инвариантные) при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой. И. э. п., как и само поле, являются ф-циями пространственных координат и времени. В вакууме существуют 2 независимых И. э. п.:
I1=B2-E2, I2=(E.B).
Для эл.-магн. поля в среде добавляются ещё 2 И. э. п.:
I3=H2-D2, I4=(D.H).
Здесь Е и Н - векторы напряжённостей электрнч. и магн. полей соответственно, D и В - векторы индукции этих полей (в вакууме E=D и В=H, следовательно, I1=I3, I2=I4). Инвариант I1 определяет ф-цию Лагранжа для эл.-магн. поля в вакууме. Величины I2 и I4, строго говоря, являются псевдоинвариантами: они меняют знак при преобразованиях отражения и инвариантны относительно преобразований вращения (т. е. являются псевдоскалярами); истинными инвариантами являются I22 и I24. Инвариантность приведённых выражений следует из Лоренца преобразований для эл.-магн. поля. <И. э. п. являются инвариантными комбинациями компонентов тензоров электромагнитного поля Fmv и Hmv:
где emvst - Леви-Чивиты символ, верх. и ниж. индексы относятся соответственно к контравариантным и ковариантиым компонентам тензора (см. Ковариантность и контравариантпостъ), связанным между собой при помощи метрич. тензора gmv=gmv:
Ковариантный тензор эл.-магн. поля Fmv задаётся в 4-мерном пространстве (ct, x, у,z) ( с - скорость света, t - время, х, у, z - пространственные координаты) следующим образом:
Тензор Нmv получается из Fmv заменой
Вид тензоров эл.-магн. поля и выражения для И. э. п. через их компоненты зависят от способа введения 4-мерного пространства: (ct, х, у, z) или (ict, х, у, z), в последнем случае нет необходимости различать ковариантные и контравариантные объекты. <Инвариантность величин I1,2,3,4 позволяет без непосредств. обращения к преобразованиям Лоренца сделать нек-рые выводы о связях между эл.-магн. полями в разл. инерциальных системах отсчёта, напр.: переходом в др. систему отсчёта нельзя преобразовать чисто электрич. поле ( Е№0, В=0 )в чисто магн. (B№0, E=0) и наоборот;переходом в другую систему нельзя преобразовать острый (тупой) угол между векторами Е и В в тупой (острый);условия равенства полей Е=В или их ортогональности E^B (в этом случае I1=0 или I2=0) могут быть выполнены только одновременно во всех инерциальных системах отсчёта. <В частности, для поля плоской эл.-магн. волны в вакууме оба инварианта поля равны нулю. <Свойства, сформулированные выше для полей E и В, имеют место, разумеется, и для полей D и Н. Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988; их же, Электродинамика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Стрэттон Д. А., Теория электромагнетизма, пер. с англ., М.- Л., 1948; Джексон Д ж., Классическая электродинамика, пер. с англ., М., 1965, гл. 2. М. Д. Топман.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.
