电场的相对论收缩。免费技术图书馆新闻

电场的相对论收缩

02.12.2022

大阪大学激光工程研究所的科学家们首次使用超快光电测量来可视化以近光速行进的电子束周围电场的收缩，并展示了产生过程。

根据相对论，要准确地描述物体以接近光速的速度飞过观察者的运动，就需要用到结合时空坐标的“洛伦兹变换”。这位荷兰物理学家能够解释这些变换如何导致电场和磁场的自洽方程。

尽管相对论的各种效应已经多次以非常高的实验精度得到证明，但广义相对论（包括狭义相对论）仍有部分尚未在实验中揭示。奇怪的是，电场压缩就是其中之一：现代对电磁学的理解是基于爱因斯坦物理学原理。

现在，大阪大学的一个研究小组首次通过实验证明了这种效果。他们测量了线性粒子加速器产生的高能电子束周围库仑场在空间和时间上的分布。使用超快电光采样，他们能够以极高的时间分辨率记录电场。

此前，时间和空间以及能量和动量的洛伦兹变换分别在时间膨胀和静止质量能量的实验中得到证明。然后物理学家考虑了类似的相对论效应，它对应于电磁势的洛伦兹变换。

此外，该团队还观察了电子束穿过金属板后立即发生的电场压缩过程。

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这两种类型都发生在夹在可变电荷层之间的雷云中。带电区域将电子加速到几乎光速，然后电子稍微减速并发射伽马射线。这称为轫致辐射。

该监测系统使日本专家能够同时探测到地面伽马射线闪光和雷击。这是一个相当普遍的现象，但观测也使得在同一区域和同一时间探测到伽马射线成为可能。科学家们还注意到，雷击过后，光芒突然消失了。这使我们能够得出这些事件密切相关的最终结论，并且首次观察到了这方面的证据。

这项研究可能是开发以前未知的闪电预测方法的关键。专家小组打算探索伽马射线的辉光不仅在雷击之前，而且实际上可能导致雷击的可能性。

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