Теоретическая Физика и астрофизика. Дополнительные главы

В.Л.Гинзбург ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И АСТРОФИЗИКА. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ Книга представляет собой дополнительный курс, посвященный некоторым вопросам теоретической физики и частично теоретической астрофизики. Как это характерно для дополнительных курсов в отличие от систематических, речь идет об изложении лишь отдельных вопросов и методов, которые не находят обычно достаточно подробного освещения в учебниках и учебных пособиях. В данном случае внимание концентрируется в основном на проблематике, в той или иной мере связанной с микроскопической и макроскопической электродинамикой. Отбор материала определяется при этом преимущественно научными интересами автора. Во втором издании добавлена глава, посвященная переходному излучению и переходному рассеянию, а также другой новый материал. Содержание Предисловие ко второму изданию 5 Предисловие к первому изданию 7 Глава 1. Гамильтоновский метод в электродинамике 9 Гамильтоновский метод в классической электродинамике в вакууме. Квантование. Фотоны и виртуальные фотоны. Излучает ли равномерно движущийся электрон? Глава 2. Реакция излучения 35 Реакция излучения при поступательном движении заряда. Вращение магнитного момента (наклонного магнитного ротатора) Глава 3. Равномерно ускоренный заряд 44 Излучение и радиационная сила при равномерно ускоренном движении заряда. Релятивистское уравнение движения с учетом реакции излучения. Закон сохранения энергии для заряда и поля Глава 4. Об излучении при нерелятивистском и релятивистском 58 движении заряда Характерные особенности излучения нерелятивистских и релятивистских частиц, движущихся в вакууме. Движение и излучение в ондуляторе. Движение в магнитном поле. Реакция излучения и пределы применимости классической теории. Радиационные (магнитотормозные) потери при движении заряженной частицы в магнитном поле Глава 5. Синхротронное излучение 75 Особенности синхротронного излучения. Некоторые применения теории синхротронного излучения в астрофизике. Границы применимости теории Глава 6. Электродинамика сплошной среды 105 Гамильтоновский метод. Фотоны в среде. Излучение осциллятора в изотропной и анизотропной средах. Черенковское излучение. Эффект Доплера. Ондулятор в среде. Характерные особенности

излучения частиц, движущихся в среде. Синхротронное излучение в плазме. Вакуум в сильном электромагнитном поле как двоякопреломляющая среда Глава 7. Эффекты Вавилова — Черенкова и Доплера Эффект Вавилова — Черенкова и эффект Доплера с квантовой точки зрения. Реакция излучения в среде. Черенковское излучение и поглощение волн в изотропной и магнитоактивной плазме. Черенковское излучение диполей. Излучение в каналах и щелях. Применение теоремы взаимности Глава 8. Переходное излучение и переходное рассеяние Природа переходного излучения и переходного рассеяния. Переходное излучение на границе раздела двух сред. Переходное излучение в нестационарной среде. Зона формирования излучения. Энергетический баланс при переходном излучении. Переходное рассеяние Глава 9. О сверхсветовых источниках излучения Кажущиеся и реальные сверхсветовые скорости источников излучения. Эффект Вавилова — Черенкова и эффект Доплера при движении источников со скоростью, большей скорости света в вакууме Глава 10. Реабсорбция и перенос излучения Реабсорбция и мазерный эффект (усиление волн). Уравнения переноса излучения. Метод коэффициентов Эйнштейна и его применение в случае поляризованного излучения. Реабсорбция и усиление синхротрон-ного излучения в вакууме и при наличии холодной плазмы Глава 11. Электродинамика сред с пространственной дисперсией Об учете пространственной дисперсии. Нормальные волны в анизотропной среде. Некоторые эффекты пространственной дисперсии в кристаллооптике. О поляритонах Глава 12. Диэлектрическая проницаемость и распространение волн в плазме Диэлектрическая проницаемость плазмы (элементарная и кинетическая теория). Распространение волн в однородной изотропной плазме и в однородной магнитоактивной плазме Глава 13. О тензоре энергии — импульса и силах в макроскопической электродинамике. Энергия и выделяющееся тепло в диспергирующей поглощающей среде О тензоре энергии — импульса в макроскопической электродинамике. Применение законов сохранения энергии и импульса при излучении электромагнитных волн (фотонов) в среде. Силы, действующие на среду. Плотность энергии и выделяющееся тепло в диспергирующей поглощающей среде Глава 14. Флуктуации и Ван-дер-ваальсовы силы

135

166

211

229

252

282

316

340

Флуктуации в электрическом контуре. Тепловое излучение в среде. Молекулярные (ван-дер-ваальсовы) силы между макроскопическими телами. Взаимодействие электронов с полем в полом резонаторе Глава 15. Рассеяние волн в среде 362 Рассеяние электромагнитных волн (света) в среде. Ширина линий в спектре излучения и в спектре рассеянного света. Комбинационное рассеяние света с образованием поляритонов (реальных экситонов). Рассеяние на свободных электронах и в плазме. Переходное рассеяние в плазме Глава 16. Астрофизика космических лучей 392 Вводные замечания. Модели происхождения космических лучей. Общая характеристика проблематики. Ионизационные потери энергии. О пучковой неустойчивости и плазменных эффектах в космических лучах. Уравнения переноса в диффузионном приближении. Упрощения уравнений переноса в случае протонноядерной и электронной компонент. Некоторые оценки Глава 17. Рентгеновская астрономия (некоторые процессы) 437 Процессы, приводящие к образованию рентгеновских и гаммалучей. Определение величин, используемых в рентгеновской и гамма-астрономии. Тормозное рентгеновское излучение нерелятивистского ионизированного газа (плазмы)- Тормозное излучение релятивистских электронов и тормозные (радиационные) потери энергии. Рассеяние релятивистских электронов на фотонах (обратный комптон-эффект). Комптоновскис потери энергии. О синхротронном рентгеновском излучении. Замечания о сопоставлении теории с наблюдениями Глава 18. Гамма-астрономия (некоторые процессы) 477 Гамма-излучение, генерируемое протонно-ядерной компонентой, космических лучей. Пример Магеллановых Облаков и межзвездной среды. Поглощение рентгеновских и гамма-лучей Цитированная литература 492 Предметный указатель Движение гиперболическое 49, 51 Волны виртуальные 205 — сверхсветовое 128, 140, 147, 218— — дополнительные 262, 274, 277 220 225—227 — необыкновенные 147, 233—237, Дисперсия 106, 111 245 — в кристаллооптике 273 — нормальные 110, 233—237, 279, — пространственная 106, 206, 252— 309—312 281 230 328-333 — —, поляризация 117, 240, 244 — частотная 106, 111, 191, 203, 206, — обыкновенные 233—237, 245 254, 265 Вырождение поляризационное 238, Длина волны де Бройля 289, 360 239 Гирочастота 66

Законы сохранения 44—57, 135— 137, 149, 318—327 Излучательная способность 94, 232 237, 242, 443, 446, 448, 450 Излучение изгибное 76, 104 — индуцированное 139, 152 — квазисинхротронное 225 — магнитотормозное 155 и д. — переходное 29, 119, 152, 167—210 — — акустических волн 170 — — в среде анизотропной 182, 187, 224 — — — — нестационарной 183—188 — — вперед 175—178, 180, 187 — —, зона формирования 188—193, 203, 224 — — на границе раздела 167—183 — — назад 176, 178, 180, 187 — —, поляризация 184 — — резонансное 198 — —, энергетический баланс 132— 138 —, реабсорбция 102, 152, 229, 242, 414 —, — в вакууме 240 —, — — холодной плазме 240 —, —, коэффициент 243, 245, 246, 249 —, — отрицательная 230, 244, 249, 250 — рекомбинационное 438 — рентгеновское 444 — — рекомбинационное 449 — — тормозное плазмы 444, 445 — синхро-комптоновское 101, 104 — синхротронное 53, 75 и д. — — космическое 467—470 — —, поляризация 77, 78, 87, 89, 470 — —, радиационные потери 79, 83 — тормозное 155, 179, 438, 452-457 Излучение частиц 58 — — в ондуляторе 61—65, 75, 125 — — — среде 105—134 — — нерелятивистских 58—73

— — релятивистских 58—73 — черенковское 29, 31, 53, 119, 135 и д. — — диполей 158—165 — — — в канале 161—165 — — зайчика 221 — — нелинейное 208 — — условие 120, 124, 141, 154, 200, 294 — —,— резонанса 156 — циклотронное 59 Интеграл столкновений 291, 292, 297 Источники галактические 473—476 — сверхсветовые 128, 218—220, 225—227 Калибровка кулоновская 12 — Лорентца 10 Колебания, затухание 147—150 —, раскачка 147—150 Конус черенковский 123—126, 147 и д. Коэффициент экстинции 365, 381 Коэффициенты Эйнштейна 139, 237 — —, метод 234—242 Лучи космические 98 — —, анизотропия 395, 423 — —, диффузионное приближение 424—428 — —, компонента протонно-ядерная 396, 406, 477 — —, — электронная 396, 399, 400, 406 — —, происхождения 99, 393, 403— 406, 424, 483 — —, спектр 394—405 — —, химический состав 396—399, 432, 433 — субкосмические 393 Магеллановы Облака 481—483 Метод гамильтоновский 27, 33, 107, 110 и д. — изображений 170 — кинетического уравнения 157, 237 Нелинейность вакуума 128—133

Неустойчивость пучка 139, 140, 152, 153, 414, 420, 422 — —, критерий 139, 152 Осцилляторы поля 15, 28, 31 Параметр прицельный 33 Параметры Стокса 86—89, 96, 231237, 241, 245, 246 Пары электрон-позитронные 69 Плазма 133, 143, 151, 207 и д. — горячая 308 — изотропная 143, 151, 153, 241, 283—303 309 — магнитоактивная 143, 151, 155 157 303— 315 — холодная 236, 244, 280, 307, 310 311 Плазмоны 141, 150—152, 154, 417 Поглощение бесстолкновительное 294, 302 — отрицательное 139, 140 Поля виртуальные 205 Поляритоны 278—280, 377 Потенциалы Лиенара — Вихерта 45, 62, 120 Потери ионизационные 124, 161, 406—436 — — в плазме 410—412 — комптоновские 435, 462—465 — магнитотормозные 435 — радиационные 70—74, 79, 83, 428, 435 445 452—455 Радиогало 401—405 Радиодиск 401—403 Радиус дебаевский 257, 288, 296 Рассеяние дельбруковское 209 — в плазме 207, 379—385 — комптоновское 103, 439, 477—181 — переходное 166—210, 385—395 — света в среде 362—380 — — комбинационное 341—379, 384 — томсоновсксе 138, 207, 386—389 Реакция излучения — см. Сила радиационная Сила ван-дер-ваальсова 351

— Лорентца 50, 67, 70, 76, 317 — радиационная 35—43,50—57, 64, 69, 125, 143—145 — — в среде 135 и д. — — черепковская 143 Скорость альвеновская 305 — сверхсветовая 128, 40, 147, 217— 220, 225— 227 — — зайчика 217 Соотношения дисперсионные 111, 258 Среда 105 и д. — анизотропная 115—123, 141, 147, 176—182, 187, 240, 260, 277 — гиротропная 257, 262, 264, 265, 271, 273, 276 — — диспергирующая поглощающая 327— 339 Среда гиротропная диспергирующая, выделение тепла 324—339 — — —, плотность энергии 327—339 — изотропная 105—115, 136, 142, 145 150 158, 278 — негиротропная 256, 257, 269, 271, 277, 278 —, тепловое излучение 351—356 Счетчики переходные 169, 202 — черепковские 169 Тензор энергии — импульса Абрагама 316— 327 — — — Минковского 316—327 Теорема взаимности 162, 164 — Пойнтинга 265, 266, 328 — флуктуационно-диссипационная 345—351 Угол черепковский 126 и д. Уравнение дисперсионное 118, 150, 154, 259, 261, 264, 274, 297, 354 — материальное 254, 263, 264 — переноса 232, 234, 424, 428—436 — Френеля 261, 275 Фактор Г а унта 449 Флуктуации в контуре 340—348 — — резонаторе 358

Формула Тамма — Франка 174 Фотоны в среде 109—119, 135, 141 Функции Грина 204 Ширина линий 366—371 Экранирование дебаевское 288 — —, радиус 257, 288, 296 Эффект Вавилова — Черенкова — см. Излучение черенковское

— Доплера 47, 60, 77, 135 и д. — — аномальный 123, 137, 140, 146, 228 — — нормальный 123, 137, 140, 146 — Комптона обратный 458—465 — мазерный 150, 229 — Фарадея 246