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回答: 洛伦兹规范辐射问题本质上也是一个边值问题由 marketreflections 于 2011-03-02 16:09:16

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成也萧何，败也萧何--洛仑兹电子论

2008-07-16 16:32

成也萧何，败也萧何--洛仑兹电子论

前言

洛仑兹，在物理专业，以洛仑兹变换名闻天下：大名鼎鼎的洛仑兹变换，无人不知，无人不晓。但是他的另一项成就—电子论则已经是销声匿迹，只在电磁理论向微观发展过程中闪烁过一丝光芒，今天，即使是物理专业的学生，也只是在量子力学时才会接触这些理论。

回顾电磁理论的发展

回顾18-19世纪，可以说是电磁理论高速发展的时期，麦克斯韦方程的发现，预言了人类所不知道的电磁波，并且由赫兹证实其存在，而且可以有人工的方式产生电磁波，由此而来的应用一发不可收拾：先是无线电报，然后是收音机，这些极大的改变着人类的生活和思维方式。这些成就都是在宏观领域取得的，随着实验手段（这也得益于电磁理论）以及理论的发展，人们的视野从宏观伸延到微观领域，电磁理论的发展也迫切需要揭开微观世界的奥秘。洛仑兹的电子论正是应运而生的理论。

对于微观世界，在物理发展过程中曾经有过两种理论：以牛顿为代表的机械原子论学派和以麦克斯韦-法拉第以电磁场理论为基础发展而来的场的唯象理论学派。

前者将所有的微观现象都归结为原子的机械运动，由此认为宏观世界的运动形式都是这种机械运动的累加的结果，在物理发展的初期，这种学说所向披靡，各种问题迎刃而解，更由于1842年成功揭示了热现象的本质而成为主流学派。

后者则是随着电磁理论的成功而成长，这是机械所无法想象的一套理论，因为只是机械的原子理论是无法解释电磁现象，而在电磁理论中，场的运动和转化是永恒的，本质的，甚至于最后走向原子论的对立面------完全否定原子的机械运动的同时否定原子本身。

洛仑兹电子论的观点

以上的两个观点各有千秋，尤其是场的观点具有极其强大的生命力，将人们对自然的认识带入一个全新的，无法直接观察的世界。

洛仑兹将上面的两个观点综合起来，接受原子论的观点，认为世界是由原子组成，但是其运动不单有机械运动，还有电磁运动。宏观世界正是由于这两种运动而多姿多彩。并且认为电荷粒子和电场同样是物质的本源，场是物质形式的一种，具有连续分布的能量、动量，在于其他形式的能量、动量相互转换种才表现出自己的能量和动量。作为承受场的作用的电荷粒子就是电子（应该注意的是这里的电子只是电荷的最小单位，和现代物理中的电子不同），是物质作用的最小单位。电子是电荷的原子，也是电磁场的场源，电子激发电磁场，这个电磁场也是电子自身的一个组成部分，两者不可绝对分开，也就是说，电子一旦诞生，电磁场也就诞生。电子的运动是机械运动，电子的电磁场的运动则是电磁运动，两者统一于电子运动，由此电子论将一切物理运动归结为电子的运动。

按照电动力学，电子运动不断激发电磁场，而电磁场反过来一电磁力作用于电子，电子的这两个成分处于不断的字相互作用之中，这种相互作用事电子的各种行为的内因，外场（力）只有通过这种内因才会对电子其作用。由此可见洛仑兹电子论中的电子已经摆脱了机械原子论中那种死板、僵硬的、智能被动地接受外力的粒子，而是一种具有内部结构的、处于永恒运动中的粒子。

那么外力是如何对电子其作用的呢？电子带电荷，当运动时，就形成电流，并在七周围激发电磁场，，这是电子所固有的，当外场（力）作用时，固有场和外场将同时作用于电子，那么电子将如何运动？这个问题叫做洛仑兹问题，由洛仑兹提出并做出回答。当电子论将一切物理运动归结为电子运动时，也就把一切物理问题归结为洛仑兹问题。

成功与失误

电子论的提出成功地解决了在电磁理论中的能量动量守恒的问题，也使得牛顿三大定律的一延伸至电磁领域，这就是电子的电磁质量和阻尼辐射，大大开阔了人们的视野。

电子论一经提出，在不少领域取得成功，比如关于介质的郎之万-德拜理论，铁磁物质的理论，拉莫进动等。

但是很不幸的是，由于电磁理论的诞生太过依赖于牛顿力学，牛顿力学的影响是那么地深远，以至于当洛仑兹在解决洛仑兹问题时经常忘记自己这种深刻而成功的观点而回到牛顿力学那种机械粒子上去，最终导致了量子力学的诞生。

当电子论取得一系列成功之后，将目光转向原子的结构。

我们知道，电动力学中，解决问题通常就是解麦克斯韦方程，最终归结到波动方程上，而这个波动方程的解决取决于边界条件或初始条件，即研究对象的模型。

当这个方程应用到原子结构上的时候，我们知道，这个问题的解决必须依赖于电子以及原子本身的结构，然而，电子论由于历史条件的限制，采用的模型是刚球模型，而电荷分布也是一种静态的分布。由此得到的方程为汤姆逊方程。

由此得到的结论很不幸的是与现实相差太远了，按照电子论的计算原子不会超过10^-7秒，而世界却是那么稳定，因此被认为电动力学不适用于原子。

但是仔细研究一下汤姆逊方程的提出，不难发现，实际上这个方程的模型用的是刚球模型，和洛仑兹问题的初衷相违背，而现在我们知道，不但电子不适刚球，原子核也不是。这就是电子论的第一个致命的缺陷。还有就是想当然地用到推迟解，我们在宏观中使用推迟解通常是不假思索的使用，当问到为什么时，回答是：超前解是违反因果规律。但不可回避的是超前解同样是这个方程的解，而且一般地说这个解并不表示一定就是违反因果规律，比如雷达天线在运用中就用到超前解，只不过通常不是这样认为罢了，超前解表示什么？只是一个对时间反演的结果，在物理规律中应该具有同等重要的作用。这是电子论的第二个致命缺陷。

历史地位与影响

洛仑兹电子论从历史的发展上看，是电磁理论发展的必然结果，起到了承接电动力学和量子力学的桥梁作用。。由于历史的局限性，它不可能完全正确的解决微观世界的问题，但是它所提出的源和场的相互作用观点影响着现代物理的发展，量子力学、量子场论无不闪耀着这种思想。