在这篇文章内，向量 与标量 分别用粗体 与斜体 显示。例如，位置向量通常用
r
{\displaystyle \mathbf {r} \,\!}
r
{\displaystyle r\,\!}
检验变数或场变数 的标记的后面没有单撇号“
′
{\displaystyle '\,\!}
′
{\displaystyle '\,\!}
埃米尔·维舍特 在电动力学 里，李纳-维谢势 指的是移动中的带电粒子 的推迟势 。从麦克斯韦方程组 ，可以推导出李纳-维谢势；而从李纳-维谢势，又可以推导出一个移动中的带电粒子所生成的含时电磁场 。但是，李纳-维谢势不能描述微观系统的量子行为 。
阿弗雷-玛丽·李纳 埃米尔·维舍特 于1900年，分别独立地研究求得李纳-维谢势的公式[1] [2] 偶极子 和四极子 的推迟势[3]
历史重要性 经典电动力学的研究，关键地助导阿尔伯特·爱因斯坦 发展出相对论 。爱因斯坦细心地分析李纳-维谢势和电磁波 传播，所累积的心得，引领他想出在狭义相对论 里对于时间和空间的概念。经典电动力学表述是一个重要的发射台，使得物理学家能够飞航至更复杂的相对论性粒子运动的学术领域。
虽然经典电动力学表述的李纳-维谢势，可以很准确地描述，独立移动中的带电粒子 的物理行为，但是在原子 层次，这表述遭到严峻的考验，无法给出正确地答案。为此缘故，物理学家感到异常困惑，因而引发了量子力学 的创立。
对于粒子发射电磁辐射 的能力，量子力学又添加了许多新限制。经典电动力学表述，表达于李纳-维谢势的方程，明显地违背了实验观测到的现象。例如，经典电动力学表述所预测的，环绕着原子不停运动的电子 ，由于连续不断地呈加速度状态，应该会不停地发射电磁辐射；但是，实际实验观测到的现象是，稳定的原子不会发射任何电磁辐射。经过研究论证，物理学家发现，电磁辐射的发射完全源自于电子轨域的离散 能级 的跃迁 （参阅玻尔原子 ）。在二十世纪后期，经过多年的改进与突破，量子电动力学 成功地解释了带电粒子的放射行为。
物理理论 带电粒子的移动轨道。 假设，从源头位置
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} '\,\!}
r
{\displaystyle \mathbf {r} \,\!}
t
{\displaystyle t\,\!}
r
{\displaystyle \mathbf {r} \,\!}
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
电磁波 传播于真空 的速度是有限的，观测者检验到电磁波的检验时间
t
{\displaystyle t\,\!}
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
推迟时间
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
t
{\displaystyle t\,\!}
电磁波 传播的时间：
t
r
=
d
e
f
t
−
|
r
−
r
′
|
c
{\displaystyle t_{r}\ {\stackrel {def}{=}}\ t-{\frac {|\mathbf {r} -\mathbf {r} '|}{c}}\,\!}
其中，
c
{\displaystyle c\,\!}
光速 。
推迟时间的概念意味着电磁波的传播不是瞬时的。电磁波从发射位置传播到终点位置，需要一段传播期间，称为时间延迟 。与日常生活的速度来比，电磁波传播的速度相当快。因此，对于小尺寸系统，这时间延迟，通常很难察觉。例如，从开启电灯泡到这电灯泡的光波抵达到观测者的双眼，所经过的时间延迟，只有几兆分之一秒。但是，对于大尺寸系统，像太阳照射阳光到地球，时间延迟大约为8分钟，可以经过实验侦测察觉。
表达方程 假设，一个移动中的带电粒子，所带电荷为
q
{\displaystyle q\,\!}
t
{\displaystyle t\,\!}
w
(
t
)
{\displaystyle \mathbf {w} (t)\,\!}
R
{\displaystyle {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\,\!}
r
′
=
w
(
t
)
{\displaystyle \mathbf {r} '=\mathbf {w} (t)\,\!}
r
{\displaystyle \mathbf {r} \,\!}
R
=
r
−
r
′
=
r
−
w
(
t
)
{\displaystyle {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}=\mathbf {r} -\mathbf {r} '=\mathbf {r} -\mathbf {w} (t)\,\!}
则李纳-维谢标势
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
A
(
r
,
t
)
{\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
Φ
(
r
,
t
)
=
1
4
π
ϵ
0
q
c
R
c
−
R
⋅
v
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\frac {qc}{{\mathfrak {R}}c-{\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\cdot \mathbf {v} }}\,\!}
A
(
r
,
t
)
=
v
c
2
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {\mathbf {v} }{c^{2}}}\Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
其中，
ϵ
0
{\displaystyle \epsilon _{0}\,\!}
真空电容率 ，
v
{\displaystyle \mathbf {v} \,\!}
v
(
t
)
=
d
w
d
t
{\displaystyle \mathbf {v} (t)={\frac {d\mathbf {w} }{dt}}\,\!}
虽然李纳-维谢标势
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
A
(
r
,
t
)
{\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
t
{\displaystyle t\,\!}
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} '\,\!}
v
{\displaystyle \mathbf {v} \,\!}
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
r
′
=
w
(
t
r
)
{\displaystyle \mathbf {r} '=\mathbf {w} (t_{r})\,\!}
v
=
v
(
t
r
)
{\displaystyle \mathbf {v} =\mathbf {v} (t_{r})\,\!}
推导 从推迟势 ，可以推导出李纳-维谢势。推迟标势
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
推迟矢势
A
(
r
,
t
)
{\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
推迟势 ）
Φ
(
r
,
t
)
=
d
e
f
1
4
π
ϵ
0
∫
V
′
ρ
(
r
′
,
t
r
)
R
d
3
r
′
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\ {\stackrel {def}{=}}\ {\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\int _{{\mathcal {V}}'}{\frac {\rho (\mathbf {r} ',\,t_{r})}{\mathfrak {R}}}\,d^{3}\mathbf {r} '\,\!}
A
(
r
,
t
)
=
d
e
f
μ
0
4
π
∫
V
′
J
(
r
′
,
t
r
)
R
d
3
r
′
{\displaystyle \mathbf {A} (\mathbf {r} ,\,t)\ {\stackrel {def}{=}}\ {\frac {\mu _{0}}{4\pi }}\int _{{\mathcal {V}}'}{\frac {\mathbf {J} (\mathbf {r} ',\,t_{r})}{\mathfrak {R}}}\,d^{3}\mathbf {r} '\,\!}
其中，
ρ
(
r
′
,
t
r
)
{\displaystyle \rho (\mathbf {r} ',\,t_{r})\,\!}
J
(
r
′
,
t
r
)
{\displaystyle \mathbf {J} (\mathbf {r} ',\,t_{r})\,\!}
V
′
{\displaystyle {\mathcal {V}}'\,\!}
d
3
r
′
{\displaystyle d^{3}\mathbf {r} '\,\!}
R
{\displaystyle {\mathfrak {R}}\,\!}
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
带电粒子运动轨道的电荷密度 可以用狄拉克δ函数 表达为
ρ
(
r
,
t
)
=
q
δ
(
r
−
w
(
t
)
)
{\displaystyle \rho (\mathbf {r} ,\,t)=q\delta (\mathbf {r} -\mathbf {w} (t))\,\!}
其中，
δ
(
r
−
w
(
t
)
)
{\displaystyle \delta (\mathbf {r} -\mathbf {w} (t))\,\!}
代入推迟标势
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
Φ
(
r
,
t
)
=
q
4
π
ϵ
0
∫
V
′
δ
(
r
′
−
w
(
t
r
)
)
R
d
3
r
′
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}}}\int _{{\mathcal {V}}'}{\frac {\delta (\mathbf {r} '-\mathbf {w} (t_{r}))}{\mathfrak {R}}}\,d^{3}\mathbf {r} '\,\!}
由于狄拉克δ函数
δ
(
r
′
−
w
(
t
r
)
)
{\displaystyle \delta (\mathbf {r} '-\mathbf {w} (t_{r}))\,\!}
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} '\,\!}
r
′
=
w
(
t
r
)
{\displaystyle \mathbf {r} '=\mathbf {w} (t_{r})\,\!}
r
′
=
w
(
t
r
)
{\displaystyle \mathbf {r} '=\mathbf {w} (t_{r})\,\!}
Φ
(
r
,
t
)
=
q
4
π
ϵ
0
R
∫
V
′
δ
(
r
′
−
w
(
t
r
)
)
d
3
r
′
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}}}\int _{{\mathcal {V}}'}\delta (\mathbf {r} '-\mathbf {w} (t_{r}))\,d^{3}\mathbf {r} '\,\!}
由于推迟时间
t
r
{\displaystyle t_{r}\,\!}
t
{\displaystyle t\,\!}
r
{\displaystyle \mathbf {r} \,\!}
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} '\,\!}
换元积分法 [4]
η
=
r
′
−
w
(
t
r
)
{\displaystyle {\boldsymbol {\eta }}=\mathbf {r} '-\mathbf {w} (t_{r})\,\!}
雅可比行列式
J
{\displaystyle {\mathfrak {J}}\,\!}
J
=
∂
η
∂
r
′
=
|
∂
η
x
∂
x
′
∂
η
x
∂
y
′
∂
η
x
∂
z
′
∂
η
y
∂
x
′
∂
η
y
∂
y
′
∂
η
y
∂
z
′
∂
η
z
∂
x
′
∂
η
z
∂
y
′
∂
η
z
∂
z
′
|
{\displaystyle {\mathfrak {J}}={\cfrac {\partial {\boldsymbol {\eta }}}{\partial \mathbf {r} '}}={\begin{vmatrix}{\cfrac {\partial \eta _{x}}{\partial x'}}&{\cfrac {\partial \eta _{x}}{\partial y'}}&{\cfrac {\partial \eta _{x}}{\partial z'}}\\{\cfrac {\partial \eta _{y}}{\partial x'}}&{\cfrac {\partial \eta _{y}}{\partial y'}}&{\cfrac {\partial \eta _{y}}{\partial z'}}\\{\cfrac {\partial \eta _{z}}{\partial x'}}&{\cfrac {\partial \eta _{z}}{\partial y'}}&{\cfrac {\partial \eta _{z}}{\partial z'}}\\\end{vmatrix}}\,\!}
。 行列式内分量很容易计算，例如：
∂
η
x
∂
x
′
=
1
−
∂
w
x
∂
x
′
=
1
−
∂
w
x
∂
t
r
∂
t
r
∂
x
′
=
1
−
v
x
∂
t
r
∂
x
′
{\displaystyle {\cfrac {\partial \eta _{x}}{\partial x'}}=1-{\cfrac {\partial w_{x}}{\partial x'}}=1-{\cfrac {\partial w_{x}}{\partial t_{r}}}\ {\cfrac {\partial t_{r}}{\partial x'}}=1-v_{x}{\cfrac {\partial t_{r}}{\partial x'}}\,\!}
∂
η
y
∂
x
′
=
∂
w
y
∂
x
′
=
∂
w
y
∂
t
r
∂
t
r
∂
x
′
=
v
y
∂
t
r
∂
x
′
{\displaystyle {\cfrac {\partial \eta _{y}}{\partial x'}}={\cfrac {\partial w_{y}}{\partial x'}}={\cfrac {\partial w_{y}}{\partial t_{r}}}\ {\cfrac {\partial t_{r}}{\partial x'}}=v_{y}{\cfrac {\partial t_{r}}{\partial x'}}\,\!}
按照上述方法，经过一番计算，可以得到
J
=
1
−
v
⋅
∇
′
t
r
=
1
−
R
^
⋅
v
/
c
{\displaystyle {\mathfrak {J}}=1-\mathbf {v} \cdot \nabla 't_{r}=1-{\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}\cdot \mathbf {v} /c\,\!}
所以，推迟标势
Φ
(
r
,
t
)
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
Φ
(
r
,
t
)
=
q
4
π
ϵ
0
R
∫
V
′
δ
(
η
)
∂
r
′
∂
η
d
3
η
=
q
4
π
ϵ
0
R
∫
V
′
δ
(
η
)
J
d
3
η
=
q
4
π
ϵ
0
R
∫
V
′
δ
(
η
)
1
−
R
^
⋅
v
/
c
d
3
η
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}}}\int _{{\mathcal {V}}'}\delta ({\boldsymbol {\eta }}){\cfrac {\partial \mathbf {r} '}{\partial {\boldsymbol {\eta }}}}\,d^{3}{\boldsymbol {\eta }}={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}}}\int _{{\mathcal {V}}'}{\cfrac {\delta ({\boldsymbol {\eta }})}{\mathfrak {J}}}\,d^{3}{\boldsymbol {\eta }}={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}}}\int _{{\mathcal {V}}'}{\cfrac {\delta ({\boldsymbol {\eta }})}{1-{\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}\cdot \mathbf {v} /c}}\,d^{3}{\boldsymbol {\eta }}\,\!}
这样，可以得到李纳-维谢标势：
Φ
(
r
,
t
)
=
1
4
π
ϵ
0
q
c
R
c
−
R
⋅
v
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\frac {qc}{{\mathfrak {R}}c-{\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\cdot \mathbf {v} }}\,\!}
类似地，也可以推导出李纳-维谢矢势。
相对论性导引 从推迟势的表达式可以看出它只依赖于推迟时刻源点的速度，而不依赖于源点的加速度，所以通过电磁势的洛仑兹变换 也可以推导出李纳-维谢势。考虑一个在推迟时刻瞬时速度与电荷运动速度相同的惯性系，记作
S
′
{\displaystyle S^{\prime }}
S
′
{\displaystyle S^{\prime }}
库仑定律 给出，矢势为零。[5] [6] :165ff
ϕ
′
=
q
4
π
ϵ
0
R
′
{\displaystyle \phi '={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}'}}}
A
′
=
0
{\displaystyle A'=0}
标势和矢势从
S
′
{\displaystyle S^{\prime }}
S
{\displaystyle S}
ϕ
=
γ
(
ϕ
′
−
c
β
A
′
)
{\displaystyle \phi =\gamma (\phi '-c\beta A')}
A
=
γ
(
−
A
′
+
β
ϕ
′
/
c
)
{\displaystyle A=\gamma (-A'+\beta \phi '/c)}
其中，
γ
{\displaystyle \gamma }
洛仑兹因子 ，
β
=
v
/
c
{\displaystyle {\boldsymbol {\beta }}=\mathbf {v} /c}
代入后可以得到：
ϕ
=
γ
q
4
π
ϵ
0
R
′
{\displaystyle \phi ={\frac {\gamma q}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}'}}}
A
=
γ
q
β
4
π
ϵ
0
R
′
c
{\displaystyle {\boldsymbol {A}}={\frac {\gamma q{\boldsymbol {\beta }}}{4\pi \epsilon _{0}{\mathfrak {R}}'c}}}
R
′
{\displaystyle {\mathfrak {R}}'}
R
{\displaystyle {\mathfrak {R}}}
R
′
=
c
Δ
t
′
=
c
γ
(
Δ
t
−
β
⋅
R
/
c
)
=
γ
(
R
−
β
⋅
R
)
{\displaystyle {\mathfrak {R}}'=c\Delta t'=c\gamma (\Delta t-{\boldsymbol {\beta }}\cdot {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}/c)=\gamma ({\mathfrak {R}}-{\boldsymbol {\beta }}\cdot {\boldsymbol {\mathfrak {R}}})}
将
R
′
{\displaystyle {\mathfrak {R}}'}
物理意义 对于固定不动的带电粒子，电势的方程为
Φ
(
r
,
t
)
=
1
4
π
ϵ
0
q
R
{\displaystyle \Phi (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\frac {q}{\mathfrak {R}}}\,\!}
这是李纳-维谢标势乘以雅可比行列式因子
J
{\displaystyle {\mathfrak {J}}\,\!}
多普勒效应 。[5]
移动中的带电粒子的电磁场 从李纳-维谢势，可以计算电场
E
{\displaystyle \mathbf {E} \,\!}
B
{\displaystyle \mathbf {B} \,\!}
E
=
−
∇
Φ
−
∂
A
∂
t
{\displaystyle \mathbf {E} =-\nabla \Phi -{\dfrac {\partial \mathbf {A} }{\partial t}}\,\!}
B
=
∇
×
A
{\displaystyle \mathbf {B} =\nabla \times \mathbf {A} \,\!}
求得的电场
E
{\displaystyle \mathbf {E} \,\!}
B
{\displaystyle \mathbf {B} \,\!}
[7]
E
(
r
,
t
)
=
q
4
π
ϵ
0
R
(
R
⋅
u
)
3
[
(
c
2
−
v
2
)
u
+
R
×
(
u
×
a
)
]
{\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\cfrac {\mathfrak {R}}{({\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\cdot \mathbf {u} )^{3}}}[(c^{2}-v^{2})\mathbf {u} +{\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\times (\mathbf {u} \times \mathbf {a} )]\,\!}
B
(
r
,
t
)
=
1
c
R
^
×
E
(
r
,
t
)
{\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {1}{c}}{\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}\times \mathbf {E} (\mathbf {r} ,\,t)\,\!}
其中，向量
u
{\displaystyle \mathbf {u} \,\!}
c
R
^
−
v
{\displaystyle c{\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}-\mathbf {v} \,\!}
加速度 是
a
=
d
v
d
t
{\displaystyle \mathbf {a} ={\frac {d\mathbf {v} }{dt}}\,\!}
检查电场
E
{\displaystyle \mathbf {E} \,\!}
广义库仑场 ，又称为速度场 ，因为这项目与加速度无关。当
v
≪
c
{\displaystyle v\ll c\,\!}
u
→
c
R
^
{\displaystyle \mathbf {u} \to c{\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}\,\!}
库仑方程 ：
E
=
q
4
π
ϵ
0
R
^
R
2
{\displaystyle \mathbf {E} ={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\frac {\hat {\boldsymbol {\mathfrak {R}}}}{{\mathfrak {R}}^{2}}}\,\!}
右边第二项称为辐射场 ，又称为加速度场 ，因为这项目的物理行为主要是由粒子的加速度决定。这个项目能够描述电磁辐射 的生成程序。
参阅 参考文献
^ Marc Jouguet, La vie et l'oeuvre scientifique de Alfred-Marie Liénard , Exposé fait en séance mensuelle de la Société française des Electriciens, le 4 décembre, 1958 [2009-10-17 ] , （原始内容存档 于2009-07-06） ^
Mulligan, Joseph F., Emil Wiechert（1861–1928）: Esteemed seismologist, forgotten physicist, American Journal of Physics, March, 69 (3): pp. 277–287
^ Ribarič, Marijan; Šušteršič, Luka, Expansion in terms of time-dependent, moving charges and currents, SIAM Journal on Applied Mathematics, June, 55 (3): pp. 593–624, doi:10.1137/S0036139992241972 ^ Griffiths, David; Heald, Mark, Time-Dependent Generalization of the Biot-Savart and Coulomb laws, American Journal of Physics, Feb., 59 (2): pp. 111–117 ^ 5.0 5.1 俞允强. 《电动力学简明教程》. 北京大学出版社. 1999: p298. ^ Bo Thide. Electromagnetic Field Theory . Dover Publications, Incorporated. 2011-03-17 [2016-06-26 ] . ISBN 978-0-486-47773-2原始内容 存档于2016-06-10）. ^ Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. 1998: pp. 435–440. ISBN 0-13-805326-X
![{\displaystyle \mathbf {E} (\mathbf {r} ,\,t)={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}}}\ {\cfrac {\mathfrak {R}}{({\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\cdot \mathbf {u} )^{3}}}[(c^{2}-v^{2})\mathbf {u} +{\boldsymbol {\mathfrak {R}}}\times (\mathbf {u} \times \mathbf {a} )]\,\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1127f7c3b22875b0052c7cfbb7b4cc2b4be591c5)
