等速直線運動する電子は電磁波をつくるの？

質問

電子が加速度運動をすると
電磁波(シンクロトロン放射や制動放射など)を放出すると
講義で習いました。

しかし等速直線運動する電子も
電磁波を放出するのではないでしょうか？

マクスウェル方程式(ファラデーの法則)は
電場(磁場)の時間変化は回転する磁場(電場)を
つくり、この連鎖が電磁波として伝播するんですよね？

真空中を等速直線運動する電子は、
軌道の周辺に電場の変化をつくるのではないのでしょうか？

講義中は馬鹿にされそうで質問できなかったので
よろしくお願いします。
参考になる書籍も教えていただければ幸いです。

回答No.4

atomicmolecule · ベストアンサー

この問題を理解するには言葉の数学的定義が必要ですが、あえてそれをせずに答えたいと思います。

通常、電磁波というときにはクーロン場ではなく、エネルギー移動を伴う電場磁場のことです。その意味では等速直線運動しても電磁波はでません。加速度が必要です。　sprさんが気にしているのはクーロン場の変移ですよね。これは存在していますし、その意味では場が伝播していますが、これにはエネルギーの流れが伴いません。等速直線運動する電子を見る人からはただただクーロン場が近づいてきたと感じるだけです。

動く電子から放出される電磁場の表式を本で確認してください。電磁波といったときには電磁場の成分の一部で加速度に比例した項で、これは電磁場に関して1/r
の振る舞いをしています。一方クーロン場のほうは電磁場にして1/r^2　の項でこれは加速度を含まない項です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
確かに電磁波と静電場の記述は別物なので
決して電磁波ではないですね。
atomicmolecule様のおっしゃることを踏まえて
静電場を感じることはできると考えれば、
導体を軌道付近に設置すると鏡像電荷が出現するのでしょうか。

ここで内容の異なる追加の質問はいけないと思うので、
新しい質問ページを作ります。
よろしくお願いします。

回答No.3

moby_dick

実は、この問題には、奥深い根本的問題がからんでいます。
（アインシュタインの相対論が間違っていること、媒体エーテルがあること、光速不変の誤解など）

それにはあまり触れずに説明します。

始めある系Ａで、電荷が止まっているとします。
静電場です。

別の等速直線運動の系Ｂから見ます。
電荷は、等速直線運動になります。
静電場は、静電場のまま等速直線運動し、電磁波にはなりません。

マクスウェル方程式は、系Ａで成り立ち、系Ｂでは成り立たないです。

系Ｂで、電磁気の法則を使いたいときは、一旦、系Ａで電磁気の法則を使い静電場などを計算しておき、その結果の静電場などを座標変換して、系Ｂに持ってきます。
直接、系Ｂでは成り立たないです。

一般に、電磁気の法則は、電荷に対し止っている系でしか成り立たないです。
複数の電荷が異なる運動をしている場合は、それぞれの系上で、別々に電磁気の法則は成り立ちます。

更に一般的に、電磁波（光）の場合、
マクスウェル方程式等は、電磁波源（光源）に対し止っている系（厳密にはエーテル系）でしか成り立たないです。

お礼

ご回答ありがとうございます。
非相対論的な運動をする電子でも
電磁波が絡むと座標変換が必要になるのですね。

回答No.2

motohri

次のＵＲＬに記載されています。つまり等速直線運動している電子は電場を引きずって移動するようなイメージであり、磁場と電場の連鎖は生み出さず電磁波は放出しないのだそうです。

参考URL：

http://homepage2.nifty.com/eman/electromag/const_vel.html

お礼

motohri様、ご回答ありがとうございます。
参考Webとともに分かりやすいイメージを
与えて下さり感謝いたします。

回答No.1

Scull

全くの素人ですので、的はずれでしたらごめんなさい。

等速直線運動という事は、物理的には「静止状態と同義」だと思います。で、あれば、電磁波の放出という「エネルギー発生」は起きないのではないでしょうか。電子に対してエネルギーの増加が行われていない状態で、電磁波の放出というエネルギーの増加はエネルギー保存則に違反すると考えますが。

電子が加速状態にある、すなわち電子に対して投入されたエネルギーがある。それによって初めて電子は電磁波の放出というエネルギー減少がしうるのではないでしょうか。

お礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が遅くなり失礼致しました。
Scull様のおっしゃる通り、
エネルギーを与えていない系に
電磁波(エネルギー)を返すのは
おかしいですね。