§25-4 用四维符号表示的电动力学

我们曾在§18-6中碰到过达朗贝尔算符,但没有给它这一名字。在那里对于那些势所求得的微分方程可以用新的符号表示法写成:

368-2

这两个方程中的右边四个量为ρ,jx ,jy 及jz ,再各除以∈0 。如果在所有参照系中都采用相同的电荷单位,则这个368-3 是在各坐标系中都相同的一个普适常数。因此,那四个量ρ/∈0 ,jx /∈0 ,jy /∈0 及jz /∈0 也就会如同一个四维矢量那样变换。我们可将其写成jμ /∈0 。当坐标系改变时达朗贝尔算符不会改变,因而ϕ,Ax ,Ay ,Az 四个量也必须 像四维矢量那样变换 ——这意味着它们就是一个四维矢量的分量。简单地说,

Aμ =(ϕ,A)

是一个四维矢量。我们所称的标势和矢势,它们实际上就是同一个物理客体的不同方面。它们合成为整体。而倘若把它们合起来看,则这个世界的相对论不变性就很明显了。我们称Aμ四维势

在四维矢量符号表示中,式(25.21)中的两方程简单地变成

368-6  (25.22)

这一方程的物理内容恰好同麦克斯韦方程组相同。但可以把它改写成这么一个优美形式实在令人感到有些喜悦。这个漂亮形式也有其本身意义,它直接证明了在洛伦兹变换之下电动力学的不变性。

要记住,式(25.21)之所以能够由麦克斯韦方程组推导而得,只是由于我们加上了规范条件

369-1  (25.23)

这不过是讲▽μ Αμ =0,这规范条件说明四维矢量Aμ 的散度为零。这一条件称为洛伦兹条件 。因为它是一个不变性条件,所以是很方便的,从而使麦克斯韦方程组对所有参照系都能保持式(25.22)那种形式。