91给米列娃的信、四维空间、运动媒质首文08.4 第(2/3)分页

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了两篇关于运动媒质电动力学的论文,1908年4月29日的《关于动体的基本电磁方程》便是其中的第一篇论文。

    《关于动体的基本电磁方程》以简单化、让读者更加容易看懂的目的重述了闵可夫斯基的工作:

    “在一项新近发表的研究中,闵可夫斯基先生提出了在动体的电磁过程中的基本方程。这一研究对读者在数学方面提出了相当高的要求,着眼于这一事实,在这里以一种初等而且在本质上与闵可夫斯基的方式相一致的方式推导出这些重要的方程,我们并不认为是多余的。”

    论文共分两部分,第一部分题为《对动体的基本方程的推导》,这一部分依然是应用洛伦兹变换处理麦克斯韦-赫兹方程,并对其变换结果进行了讨论。

    首先,对动系K′(依然是《论动体的电动力学》论文中的划分,其与运动物质相对静止,与静系K相对速度为υ)成立的麦克斯韦-赫兹方程为方程1:

    curl′H′=(?D′/?t′+I′)/c,

    curl′E′=-(?B′/?t′)/c,

    div′D′=ρ′,

    div′B′=0。

    其中,curl′是旋度算符(对空间求导),div′是散度算符(线积分), E′表示电力, H′表示磁力, D′表示电介质位移, B′表示磁感应强度,I′表示电流,ρ′表示电密度,符号带撇表示其为动系K′考察。

    将方程1进行洛伦兹变换,得到对静系K成立的方程2:

    curlH=(?D/?t+I)/c,

    curlE=-(?B/?t)/c,

    div D=ρ,

    div B=0。

    方程1和方程2形式一样,这便是相对性原理的要求,其中两个参照系考察的参数,即两个方程的参数关系经洛伦兹变换处理如下:

    {Ex=E′x,Ey=β(E′y+υB′z/c),Ez=β(E′z-υB′y/c),Dx=D′x,Dy=β(D′y+υH′z/c),Dz=β(D′z-υH′y/c)};

    {Hx=H′x,Hy=β(H′y-υD′z/c),Hz=β(H′z+υD′y/c),Bx=B′x,By=β(B′y-υE′z/c),Bz=β(B′z+υE′y/c)};

    ρ=β(ρ′+υI′x/c2);

    {Ix=β(I′x+υρ′),Iy=I′y,Iz=I′z。}

    (注:后来的修正:[4]分母c应被平方,[5]分母c应略去。)

    方程1和方程2对非均匀的、各向异性的物体和均匀的、各向同性的物体都成立,如果是均匀的、各向同性的物体,方程还能简化,其为动系K′考察的方程3:

    D′=eE′,

    B′=′,

    I′=sE′。

    其中,e=介电常数,磁导率,s=电导率,它们是动系K′的考察的空间坐标和时间坐标x′y′z′t′的已知函数。

    均匀的、各向同性的物体由静系K考察为方程4:

    {Dx=eEx,Dy-υDz/c=e(Ey-υBz/c),Dz+υDy/c=e(Ez+υBy/c)};

    {Bx=x,By+υEz/c=Hy+υDz/c),Bz-υEy/c=e(Hz-υDy/c)};

    {β(Ix-υρ)=sEx,Iy=sβ(Ey-υBz/c),Iz=sβ(Ez+υBy/c)。}

    (注:后来的修正:[8]分母c应略去。)

    如果物质的速度不是与X轴平行,而是矢量 v,则方程4变为方程5:

    D+vH/c=e(E+vB/c),

    B-vE/c=H-vD/c),

    β(Iv-|v|ρ)=s[(E+vB/c)]v,

    I`v=sβ[(E+vB/c)]`v。

    (注:后来的修正:[9]方程左边分母c应略去。)

    其中下标 v的意思是分量必须在 v的方向上取,下标`v的意思是分量必须在垂直于 v的`v方向上取。

    第二部分题为《论运动电介质的电磁行为威尔逊的实验》,在这一部分爱因斯坦和劳布(别忘了还有这哥们)利用一个简单的特殊情形来说明运动的电介质的行为符合狭义相对论,最后还给出了与洛伦兹理论不同的理论预测。

    论文中设定的简单的特殊情形为一块棱柱形的、均匀的、各向同性的非导体板条S在电容器板A1和A2之间以恒定的速度υ离开观察者向纸平面方向运动,其方向为X轴正向,对读者来说,上方为Y轴正向,右方为Z轴正向,并设定磁力平行于Y轴,而电力平行于Z轴,整个物体系统以电容器板为参照系,即为狭义相对论语