突破！物理學家破解100年前輻射難題 普朗克也曾為其撓頭

蘭卡斯特的一位物理學家為帶電粒子（如電子）如何對其自身的電磁場做出反應的問題提出了一個根本性的解決方案。

這個問題挑戰了物理學家100多年，但數學物理學家喬納森-格拉圖斯博士提出了一種替代方法，目前發表在《物理學期刊A》上。

眾所周知，如果一個點電荷加速，它會產生電磁輻射。這種輻射具有能量和動量，人們認為它們來自帶電粒子的能量和動量，它們會對運動進行阻尼。

路德維希·洛倫茨在1892年就開始試圖計算這種輻射反應（也被稱為輻射阻尼）。隨后，許多知名的物理學家做出了重大貢獻，包括普朗克、狄拉克、馮-勞埃等。研究一直持續到今天，每年都有許多文章發表。

挑戰在于，根據麥克斯韋方程，點粒子所在的實際點的電場是無限的。因此，該點粒子上的力也應該是無限的。 

科學家用各種方法來重新規范化以消除這種無限性，這時，成熟的狄拉克方程出現了。不幸的是，這個方程有著眾所周知的問題。例如，符合這個方程的粒子可能在沒有外力的情況下永遠加速，或者在施加任何力之前加速。還有量子版本的輻射阻尼，具有諷刺意味的是，這是少數幾個量子版比經典版更低能量的現象之一。

物理學家正在積極尋找這種效應，他們需要“碰撞”非常高能量的電子和強大的激光束。這是一個挑戰，因為最大的粒子加速器和最強大的激光器所在位置并不接近。然而，向等離子體發射激光將產生高能電子，然后與激光束相互作用。這只需要一個強大的激光器。目前的結果表明，量子輻射反應確實存在。

另一種方法是考慮許多帶電粒子，每個粒子對所有其他帶電粒子場都有反應，但本身沒有反應。這種方法迄今被駁回，因為人們認為這個過程不會保存能量和動量。

然而，喬納森-格拉圖斯博士表明，這種假設是錯誤的，一個粒子輻射的能量和動量來自用于加速它的外部場。

他說：“這一結果的爭議性在于，根本不需要有經典的輻射反應。因此，我們可以認為量子輻射反應的發現類似于冥王星的發現，它是在根據海王星運動的差異進行預測后發現的。更正后的計算結果顯示沒有任何差異。同樣，輻射反應被預測、發現、然后被證明不需要。”

該研究論文題為"Maxwell–Lorentz without self-interactions: conservation of energy and momentum"，已發表在《物理學期刊A》上。

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

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標簽： 物理學家 輻射