Wie ist MTWs Ableitung der Maxwell-Faraday-Formel zu interpretieren?

Bei der folgenden Ableitung bin ich mir nicht sicher, wie genau die Komponenten der endgültigen Vektorgleichung aufgestellt werden. Ich vermute, dass dies eine Situation ist, die der Vektoraddition von infinitesimalen Rotationen entspricht. Die Diskussion bezieht sich auf Abschnitt 3.4, der auf Seite 80 von Gravitation von Misner, Thorne und Wheeler beginnt.

Der elektromagnetische Feldtensor wird bestimmt, indem das Lorentz-Kraftgesetz als Ableitung des 3-Impulses in Bezug auf die Eigenzeit und die Energieableitung in Bezug auf die Eigenzeit als Zeitkomponente des 4-Vektors des Teilchenimpulses geschrieben wird. Das heißt, der Tensor des elektromagnetischen Felds wird ohne Rückgriff auf die Maxwell-Gleichungen definiert.

Ziel ist die Ableitung der Maxwell-Farady-Formel, beginnend mit dem invarianten Verschwinden der Divergenz des Magnetfeldes, und den Transformationsgesetzen für das elektrische und magnetische Feld. Wir betrachten einen infinitesimalen Lorentz-Boost β im Positiven X Richtung. Die folgende Form des magnetischen Teils der Transformation des elektromagnetischen Felds wird durch Anwendung der Lorentz-Transformation auf den Tensor des elektromagnetischen Felds und Gleichsetzung von Termen hergestellt

(1) [ B ¯ B ¯ ] = [ B γ ( B β × E ) ] = [ B X γ ( B j + β E z ) γ ( B z β E j ) ] .

Da unser Boost unendlich klein ist, können wir schreiben γ = 1 . Die Transformation der partiellen Ableitungen in Bezug auf Raumkoordinaten für einen infinitesimalen Schub in der X Richtung sind

X ¯ = X + β T ; j ¯ = j ; z ¯ = z .

In Bezug auf das Balkensystem nimmt das Divergenzgesetz des Magnetfelds die Form an

¯ B ¯ = 0 = B X ¯ X ¯ + B j ¯ j ¯ + B z ¯ z ¯ .

Wir schreiben dies um, indem wir die gesperrten Begriffe durch ihre nicht gesperrten Äquivalente ersetzen:

0 = B X X + β B X T + B j + β E z j + B z β E j z .

Wir gruppieren Faktoren von β

0 = B X X + B j j + B z z + β ( B X T + E z j E j z ) ,

Wenden Sie dann das Magnetfelddivergenzgesetz in seiner ungeregelten Form an

B = 0 = B X X + B j j + B z z ,

auf den Zustand zu kommen

B X T + E z j E j z = 0.

Wäre die Geschwindigkeit der Transformation in die gerichtet gewesen j oder z Richtungen, für die eine ähnliche Gleichung erhalten worden wäre B j / T oder B z / T . In der Sprache der dreidimensionalen Vektoren reduzieren sich diese drei Gleichungen auf eine Gleichung

(2) B T + × E = 0 .

Wenn die betrachteten Boosts in ihrer Größe relativistisch wären, könnten wir die Ergebnisse meines Erachtens nicht als unabhängige Vektorkomponenten betrachten. Meine Unsicherheit bei der Interpretation der zitierten Aussage besteht darin, dass sie impliziert, dass wir unsere Ergebnisse einzeln erhalten, sie aber so kombinieren, als ob sie alle gleichzeitig existieren würden. Würde mir bitte jemand helfen, das zu verstehen?

Antworten (1)

Wenn die betrachteten Boosts in ihrer Größe relativistisch wären, könnten wir die Ergebnisse meines Erachtens nicht als unabhängige Vektorkomponenten betrachten.

Es gibt zwei mögliche Antworten auf Ihren Zweifel. Das erste ist, dass es nicht notwendig ist, hohe β steigert. Aus Gründen der Argumentationsrechnung ist nur eine erste Bestellung erforderlich β . In dieser Reihenfolge haben Boosts in verschiedene Richtungen additive Effekte.

Eine andere Möglichkeit, dasselbe zu sehen, besteht darin, Gl. (1) (Ich habe Ihren Beitrag bearbeitet, um relevante Gleichungen zu markieren). Annehmen β hat eine beliebige Richtung, dh Komponenten entlang aller drei Achsen. Ich überlasse es Ihnen, den zweiten Abschnitt zu schreiben, um dies zu berücksichtigen. Wenn Sie die folgende Rechnung entwickeln, kommen Sie direkt zu Gl. (2).