三,电磁场的复合性
设复合电磁势φ 为
φ = φ₀ +A × c
..........................................................................................14式
C为光速矢量。
其电磁场E可表示为
E= E₀ +c × B
或
E +dA/dt =-▽φ₀..........................................................................................15式
对14式取梯度,得
▽φ = ▽φ₀
对上式取散度,得
▽²φ = ▽²φ₀ = -ρ/ε
..........................................................................................16式
对14式取旋度,得
▽× φ = ▽×(A × c)= (▽. c)A -(▽. A) c
令c=dr/dt ,▽. A= 0,得
▽× φ = dA/dt
..........................................................................................17式
对上式取旋度,得
▽× (▽× φ) = d(▽× A)/dt
把B=▽× A,▽2φ =-εμ ∂²φ /∂t²代入上式,得
d(B+εμ ∂φ /∂t)/dt =0
即
B+εμ ∂φ /∂t =B₀..........................................................................................18式
其安培环路定理可表示为
∮ (B+εμ ∂φ /∂t) dr=∫B₀dr=μ∫∫j.ds
把▽× φ = -E代入上式,整理后得
▽×B-εμ ∂ E/∂t =μ.j
.........................................................................................19式
这正是麦克斯伟方程的第四式。
把B=▽× A代入上式,得
▽²A+εμ ∂ E/∂t =-μ.j
.........................................................................................20式
根据电磁场的对称性及复合性质,下式是成立的
▽²φ + ∂ B/∂t = -ρ/ε
.........................................................................................21式
在对于旋量无源场,有下式成立
E +dA/dt = 0
B+εμ ∂φ /∂t =0
.........................................................................................22式
把22式代入20式、21式,得
▽²A-εμ ∂ ²A/∂t² =-μ.j
▽²φ-εμ ∂²φ/∂t² =-ρ/ε
.........................................................................................23式
这就是运动电子电磁势的达朗贝尔方程。
很显然,上面达朗贝尔方程电子电磁势的数学解为如下形式
φ(r,t ) = -∮∮ρds/ε+∮Edr+φ₀ .exp[i ω.(t±r/c)]
A(r,t ) = -∮∮jds+∮Bdr+A₀ .exp[i ω.(t±r/c)]
.........................................................................................24式
第一项表示运动电子的静电磁势,第二项表示运动电子匀速状态下的恒定的电磁矢势,第三项表示运动电子在变速状态下的辐射或吸收的电磁矢势。
当ρ=0时,电磁势的解可表示为
φ(r,t )= ∮Edr+φ₀ .exp[i ω.(t±r/c )]
A(r,t ) = ∮Bdr+A₀ .exp[i ω.(t±r/c )]
.........................................................................................25式
其中E,B分别为常矢。可令∮Edr=nφ,∮Bdr=nA,则得
φ(r,t )= nφ+φ₀ .exp[i ω.(t±r/c )]
A(r,t ) = nA+A₀ .exp[i ω.(t±r/c )]
.........................................................................................26式
在特殊情况下,上式又可表示为
φ(r,t )= nφ+A × c
A(r,t ) = nA - εμφ × c
电磁势波函数已经包含了电磁场的存在,电磁波在传播过程中与光波的物理性质相似。电磁波函数可以作为一个物理背景场的存在,它可以导致处于背景场中的物质保持量子化特性。