突破！物理学家破解100年前辐射难题 普朗克也曾为其挠头

兰卡斯特的一位物理学家为带电粒子（如电子）如何对其自身的电磁场做出反应的问题提出了一个根本性的解决方案。

这个问题挑战了物理学家100多年，但数学物理学家乔纳森-格拉图斯博士提出了一种替代方法，目前发表在《物理学期刊A》上。

众所周知，如果一个点电荷加速，它会产生电磁辐射。这种辐射具有能量和动量，人们认为它们来自带电粒子的能量和动量，它们会对运动进行阻尼。

路德维希·洛伦茨在1892年就开始试图计算这种辐射反应（也被称为辐射阻尼）。随后，许多知名的物理学家做出了重大贡献，包括普朗克、狄拉克、冯-劳埃等。研究一直持续到今天，每年都有许多文章发表。

挑战在于，根据麦克斯韦方程，点粒子所在的实际点的电场是无限的。因此，该点粒子上的力也应该是无限的。 

科学家用各种方法来重新规范化以消除这种无限性，这时，成熟的狄拉克方程出现了。不幸的是，这个方程有着众所周知的问题。例如，符合这个方程的粒子可能在没有外力的情况下永远加速，或者在施加任何力之前加速。还有量子版本的辐射阻尼，具有讽刺意味的是，这是少数几个量子版比经典版更低能量的现象之一。

物理学家正在积极寻找这种效应，他们需要“碰撞”非常高能量的电子和强大的激光束。这是一个挑战，因为最大的粒子加速器和最强大的激光器所在位置并不接近。然而，向等离子体发射激光将产生高能电子，然后与激光束相互作用。这只需要一个强大的激光器。目前的结果表明，量子辐射反应确实存在。

另一种方法是考虑许多带电粒子，每个粒子对所有其他带电粒子场都有反应，但本身没有反应。这种方法迄今被驳回，因为人们认为这个过程不会保存能量和动量。

然而，乔纳森-格拉图斯博士表明，这种假设是错误的，一个粒子辐射的能量和动量来自用于加速它的外部场。

他说：“这一结果的争议性在于，根本不需要有经典的辐射反应。因此，我们可以认为量子辐射反应的发现类似于冥王星的发现，它是在根据海王星运动的差异进行预测后发现的。更正后的计算结果显示没有任何差异。同样，辐射反应被预测、发现、然后被证明不需要。”

该研究论文题为"Maxwell–Lorentz without self-interactions: conservation of energy and momentum"，已发表在《物理学期刊A》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1751-8121/ac48ee

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