Электродинамика движущихся сред
Электродина́мика дви́жущихся сред, раздел электродинамики, в котором изучаются законы распространения электромагнитных волн (в том числе световых) в движущихся средах. Соответствующий экспериментальный материал накапливался в течение нескольких веков (см., например, эффект Доплера, опыт Майкельсона, опыт Физо, опыт Эйхенвальда), но полное его объяснение стало возможным только после создания в 1905 г. А. Эйнштейном специальной теории относительности.
В 1908 г. Г. Минковский показал, что уравнения Максвелла для покоящихся сред вместе с принципом относительности Эйнштейна однозначно определяют электромагнитное поле в движущейся среде. Уравнения для полей, движущихся с постоянной скоростью в изотропной среде, совпадают с уравнениями Максвелла в покоящейся среде, однако материальные соотношения между напряжённостями электрического и магнитного полей и соответствующими индукциями имеют более сложный характер. Материальные уравнения Минковского и уравнения Максвелла хорошо объясняют распространение света в движущейся среде.
В покоящейся среде поле излучения источника расходится от излучателя с одинаковой скоростью во все стороны и поле излучения сосредоточено на поверхности («оболочке»), представляющей собой сферу. В движущейся со скоростью среде скорость света в разных направлениях различна и оболочка уже не сфера, а эллипсоид вращения, центр которого перемещается в направлении движения среды со скоростью где – коэффициент увлечения света. При малых скоростях коэффициент увлечения света движущейся средой был определён в опыте Физо; при релятивистских скоростях среды т. е. среда полностью увлекает свет. При малых скоростях источник излучения находится внутри оболочки. Если же скорость движения среды превышает фазовую скорость света, то оболочку «сдувает» так сильно, что она вся оказывается «ниже по течению» и источник излучения находится вне этой оболочки.
В покоящейся среде заряженная частица, движущаяся со скоростью превышающей фазовую скорость света (c – скорость света в вакууме, и – соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости среды), становится источником излучения Вавилова – Черенкова: излучение уносит энергию частицы и она замедляется. Если заряженная частица движется с малой скоростью или даже покоится в движущейся со скоростью среде, то излучение Вавилова – Черенкова возможно, если больше фазовой скорости света. При этом волновое поле целиком находится по одну сторону от заряженной частицы «вниз по течению» среды и на частицу действует ускоряющая сила. Потери энергии частицы, в зависимости от скорости частицы и среды, различны и даже могут менять знак, что соответствует уже не замедлению, а ускорению частицы средой.
Плотные пучки электронов или плазмы ведут себя во многих отношениях как макроскопические движущиеся среды. Создание сильноточных и плазменных ускорителей, позволяющих получать пучки заряженных частиц большой плотности, движущихся с релятивистскими скоростями, сделало возможным изучение релятивистских эффектов при порядка единицы.