Как выглядит уравнение движения заряженной частицы в электромагнитном поле в релятивистской форме через четырёхвекторы, если учитывать тензор электромагнитного поля и связь импульса с четырёхскоростью?
Уравнение движения заряженной частицы в релятивистской форме (ковариантно, через четырёхвекторы) записывается как dpμdτ=q Fμ ν uν,
\frac{dp^\mu}{d\tau}=q\,F^{\mu}{}_{\ \nu}\,u^\nu, dτdpμ=qFμνuν,
где pμp^\mupμ — четырёхимпульс, τ\tauτ — собственное время, qqq — заряд, FμνF^{\mu\nu}Fμν — антисимметричный тензор электромагнитного поля, uνu^\nuuν — четырёхскорость. Если масса частицы постоянна (mmm — массa покоя), то pμ=m uμp^\mu=m\,u^\mupμ=muμ и уравнение можно записать в виде mduμdτ=q Fμ ν uν.
m\frac{du^\mu}{d\tau}=q\,F^{\mu}{}_{\ \nu}\,u^\nu. mdτduμ=qFμνuν. Нормировка четырёхскорости (при метрике +,−,−,−+,-,-,-+,−,−,−): uμuμ=c2,
u^\mu u_\mu=c^2, uμuμ=c2,
а в единицах c=1c=1c=1 — uμuμ=1u^\mu u_\mu=1uμuμ=1. Четырёхскорость связана с трёхскоростью v\mathbf vv через uμ=γ(c,v),γ=11−v2/c2.
u^\mu=\gamma(c,\mathbf v),\qquad \gamma=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}. uμ=γ(c,v),γ=1−v2/c21. Компонентно это даёт (связывая с привычными трёхвекторными уравнениями) dpdt=q(E+v×B),dEdt=q E⋅v,
\frac{d\mathbf p}{dt}=q\bigl(\mathbf E+\mathbf v\times\mathbf B\bigr),\qquad \frac{d\mathcal E}{dt}=q\,\mathbf E\cdot\mathbf v, dtdp=q(E+v×B),dtdE=qE⋅v,
где p=γmv\mathbf p=\gamma m\mathbf vp=γmv, E=γmc2\mathcal E=\gamma mc^2E=γmc2. Тензор поля имеет компоненты (в стандартном представлении, метрика +,−,−,−+,-,-,-+,−,−,−): F0i=Ei,Fij=−ϵijkBk,
F^{0i}=E^i,\qquad F^{ij}=-\epsilon^{ijk}B^k, F0i=Ei,Fij=−ϵijkBk,
и Fμν=−FνμF^{\mu\nu}=-F^{\nu\mu}Fμν=−Fνμ.
dpμdτ=q Fμ ν uν, \frac{dp^\mu}{d\tau}=q\,F^{\mu}{}_{\ \nu}\,u^\nu,
dτdpμ =qFμ ν uν, где pμp^\mupμ — четырёхимпульс, τ\tauτ — собственное время, qqq — заряд, FμνF^{\mu\nu}Fμν — антисимметричный тензор электромагнитного поля, uνu^\nuuν — четырёхскорость.
Если масса частицы постоянна (mmm — массa покоя), то pμ=m uμp^\mu=m\,u^\mupμ=muμ и уравнение можно записать в виде
mduμdτ=q Fμ ν uν. m\frac{du^\mu}{d\tau}=q\,F^{\mu}{}_{\ \nu}\,u^\nu.
mdτduμ =qFμ ν uν.
Нормировка четырёхскорости (при метрике +,−,−,−+,-,-,-+,−,−,−):
uμuμ=c2, u^\mu u_\mu=c^2,
uμuμ =c2, а в единицах c=1c=1c=1 — uμuμ=1u^\mu u_\mu=1uμuμ =1. Четырёхскорость связана с трёхскоростью v\mathbf vv через
uμ=γ(c,v),γ=11−v2/c2. u^\mu=\gamma(c,\mathbf v),\qquad \gamma=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}.
uμ=γ(c,v),γ=1−v2/c2 1 .
Компонентно это даёт (связывая с привычными трёхвекторными уравнениями)
dpdt=q(E+v×B),dEdt=q E⋅v, \frac{d\mathbf p}{dt}=q\bigl(\mathbf E+\mathbf v\times\mathbf B\bigr),\qquad
\frac{d\mathcal E}{dt}=q\,\mathbf E\cdot\mathbf v,
dtdp =q(E+v×B),dtdE =qE⋅v, где p=γmv\mathbf p=\gamma m\mathbf vp=γmv, E=γmc2\mathcal E=\gamma mc^2E=γmc2.
Тензор поля имеет компоненты (в стандартном представлении, метрика +,−,−,−+,-,-,-+,−,−,−):
F0i=Ei,Fij=−ϵijkBk, F^{0i}=E^i,\qquad F^{ij}=-\epsilon^{ijk}B^k,
F0i=Ei,Fij=−ϵijkBk, и Fμν=−FνμF^{\mu\nu}=-F^{\nu\mu}Fμν=−Fνμ.