四維電流密度





四維電流密度J{displaystyle J}J是在相對論中,對應電磁學的電流密度以及電荷密度的四維矢量。


定義為:


Ja=(cρ,j)=(cρ,jx,jy,jz){displaystyle J^{a}=(crho ,mathbf {j} )=(crho ,j_{x},j_{y},j_{z})}J^{a}=(crho ,{mathbf  {j}})=(crho ,j_{x},j_{y},j_{z})

j{displaystyle j}j是一般的電流密度,ρ{displaystyle rho }rho 是電荷密度,c{displaystyle c}c是光速。


  • 電流連續方程可寫成

D⋅J=∂aJa=∂ρt+∇j=0{displaystyle Dcdot J=partial _{a}J^{a}={frac {partial rho }{partial t}}+nabla cdot mathbf {j} =0}Dcdot J=partial _{a}J^{a}={frac  {partial rho }{partial t}}+nabla cdot {mathbf  {j}}=0

其中D是四維梯度(1/c ∂/∂t, ∇)。


上述方程亦可寫作:



Ja,a=0{displaystyle J^{a}{}_{,a}=0,}J^{a}{}_{{,a}}=0,


Ja;a=0{displaystyle J^{a}{}_{;a}=0,}J^{a}{}_{{;a}}=0,(廣義相對論)


  • 四維電流密度亦應用在馬克士威方程組的相對論形式上:

β0Jβ{displaystyle {frac {partial F^{alpha beta }}{partial x^{alpha }}}=mu _{0}J^{beta }}{frac  {partial F^{{alpha beta }}}{partial x^{alpha }}}=mu _{0}J^{beta }



參見


  • 電磁張量





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