¿Por qué la aceleración de un electrón a lo largo de la línea de visión del observador no contribuye al campo eléctrico?

En Feynman Lectures on Physics, Volumen 2, Feynman da la solución general de las ecuaciones de Maxwell de la siguiente manera:

mi = ϕ A t B = × A ϕ ( 1 , t ) = ρ ( 2 , t r 12 / C ) 4 π ϵ 0 r 12 d V 2 A ( 1 , t ) = j ( 2 , t r 12 / C ) 4 π ϵ 0 C 2 r 12 d V 2

Lo que entiendo de esta ecuación es que un electrón que se mueve arbitrariamente simplemente irradia potenciales escalares y vectoriales ϕ y A a la velocidad de la luz en todas las direcciones, donde la magnitud del potencial disminuye al aumentar la distancia, y al final se puede evaluar mi y B usando la fórmula dada arriba.

Pero en el mismo libro, Feynman da la siguiente ecuación (fórmula de Heaviside-Feynman) para el campo eléctrico:

mi = q 4 π ϵ 0 [ mi r r 2 + r C d d t ( mi r r 2 ) + 1 C 2 d 2 d t 2 mi r ]
dónde mi es el campo eléctrico en un punto P debido a una carga q , esa es una distancia r lejos. mi r es el vector unitario de P en la dirección de q .

En esta ecuación, puedes notar que el tercer término es la contribución de la aceleración de la fuente de carga al campo eléctrico. Pero, curiosamente, como el mismo Feynman señala en el libro, solo la aceleración de la fuente perpendicular a la línea de visión desde P tiene una contribución al campo eléctrico resultante en P. En otras palabras, el componente de la aceleración de la carga de la fuente a lo largo del observador no contribuirá en nada al campo eléctrico.

Dada mi comprensión de la solución general de las ecuaciones de Maxwell, la A t término en mi = ϕ A t debe hacer que toda la aceleración de la fuente se sume al campo eléctrico en P, y no solo la parte perpendicular a la línea de visión.

Además, mientras trabajaba en los detalles, me di cuenta de que ϕ parte de la ecuación es una función solo de la velocidad de la fuente y no de su aceleración. Más precisamente, calculé que

ϕ = mi r r 2 ( C v r )
, dónde v r es la velocidad de la fuente a lo largo de la línea de visión.

Esta ecuación, y otra que estoy obteniendo, no se parece en nada a la fórmula de Heaviside-Feynman. Entonces, ¿qué me estoy perdiendo aquí? ¿Entiendo correctamente la solución general de la ecuación de Maxwell?

Editar: parece que tengo un concepto erróneo en alguna parte de mi interpretación de la solución general de la ecuación de Maxwell, tal como figura en el libro de Feynman. Entonces, haciendo mi pregunta de una manera ligeramente diferente, ¿qué dicen exactamente las primeras cuatro ecuaciones dadas en mi respuesta? ¡Gracias de antemano!

Una partícula que viaja desde o hacia usted se ve idéntica a una partícula parada, el campo radiado se ve sin cambios desde una partícula estacionaria que es lo que produce el primer término
También hemos visto que si la velocidad υ de una carga es siempre mucho menor que c, y si consideramos solo puntos a grandes distancias de la carga , de modo que solo el último término de la Ec. (21.1) es importante, los campos también se pueden escribir como
(21.1 ) mi = q 4 π ϵ 0 C 2 r [ aceleración de la carga en  ( t r / C ) proyectado en ángulo recto para  r ]
(Conferencias Feynman, Volumen 2, § 21-1)
@Frobenius Pero la solución general a la ecuación de Maxwell dice que
A ( 1 , t ) = q v ( 2 , t r 12 / C ) 4 π ϵ 0 C 2 r 12 d V 2
Lo que significa que
A t = q 4 π ϵ 0 C 2 v r 12 t d V 2
Aquí, la aceleración resultante de v r 12 t d V 2 también tendrá un componente a lo largo r , no solo perpendicular a él, como dice Feynman. Entonces, mi pregunta es: ¿qué pasó con el componente de a a lo largo de r ?
@Triatticus Pero la solución general de la ecuación de Maxwell, la ecuación parece decir que una carga en movimiento simplemente irradia sus potenciales escalares y vectoriales en todas las direcciones, y luego un observador solo toma las derivadas de espacio y tiempo de estos vectores para obtener los campos eléctricos. En esta imagen, incluso si el electrón acelera directamente hacia el observador,
A t = q 4 π ϵ 0 C 2 v r 12 t d V 2
Lo que significa que incluso la aceleración a lo largo de la línea de visión actuará.

Respuestas (1)

La fórmula de Heaviside-Feynman (la quinta ecuación en su pregunta) se deriva de los potenciales de Liénard-Wiechert, que a su vez se derivan de las primeras cuatro ecuaciones suyas. Pero a partir de los potenciales de Liénard-Wiechert podría derivar la siguiente ecuación que es más conveniente para nuestro caso 1 :

(01) mi ( X , t ) = q 4 π ϵ 0 [ norte β γ 2 ( 1 β norte ) 3 R 2 ] r mi t + q 4 π m 0 ϵ 0 [ norte × [ ( norte β ) × β ˙ ] ( 1 β norte ) 3 R ] r mi t
dónde

(02a) β = υ C , β = υ C , γ = ( 1 β 2 ) 1 2 (02b) β ˙ = υ ˙ C = a C (02c) norte = R R = R R r r = r r mi r
El campo eléctrico de la ecuación (01) viene dado por la ecuación 14.14 de la 'Electrodinámica clásica' de Jackson , 3ª edición.

Para puntos a grandes distancias de la carga [ R 2 0 ] y velocidades υ de la carga siempre mucho menor que c [ γ 2 ( 1 β norte ) 3 1 ] el primer término de la derecha de (01) tiende a cero y se ignora. Para el segundo término con velocidades υ de la carga siempre mucho menor que c tenemos lo siguiente

(03a) β = υ C 1 (03b) norte β norte
entonces
(04) mi ( X , t ) q 4 π m 0 ϵ 0 [ ( norte × β ˙ ) × norte ( 1 β norte ) 3 R ] r mi t
Pero ( norte × β ˙ ) × norte β ˙ norte es la proyección vectorial del vector aceleración β ˙ en la dirección normal a norte , eso es normal para r [mientras que la proyección vectorial en la dirección norte se obtiene reemplazando en la expresión anterior los productos exteriores por los interiores ( norte β ˙ ) norte β ˙ norte ].


1 Tenga en cuenta que

(01-falso) mi ( X , t ) = q 4 π ϵ 0 [ norte β γ 2 ( 1 β norte ) 3 R 2 ] r mi t ϕ + q 4 π m 0 ϵ 0 [ norte × [ ( norte β ) × β ˙ ] ( 1 β norte ) 3 R ] r mi t A t


EDITAR: Gracias a un comentario de @verdelite: "Su partición de mi ( X , t ) en las dos partes como en la nota al pie 1 es incorrecta..." la correcta es

(01) mi ( X , t ) = q 4 π ϵ 0 [ norte β γ 2 ( 1 β norte ) 3 R 2 ] r mi t ϕ + F ( R , β , β ˙ ) + q 4 π m 0 ϵ 0 [ norte × [ ( norte β ) × β ˙ ] ( 1 β norte ) 3 R ] r mi t A t F ( R , β , β ˙ )
dónde F ( R , β , β ˙ ) una función vectorial de R , β , β ˙ .

¡Gracias por la respuesta! Esto significa que la ecuación de Heaviside-Feynman hace la pequeña aproximación de velocidad para el (segundo) término de aceleración. Además, desconocía por completo los potenciales de Liénard-Wiechert, ¡así que gracias por contármelo!
@Prem kumar Bienvenido. Quiero creer que te ayudé de alguna manera. Es muy importante conocer los potenciales de Liénard-Wiechert.
Su partición de E(\vec{x},t) en las dos partes como en la nota al pie 1 es incorrecta. Tanto -grad(\phi} como -\frac{\partial \vec{A}}{\partial t} deben contribuir a cualquiera de los dos términos. Esto se ve claramente en las 3.ª ecuación de Griffith (10.62) y (10.63).
@ Prem-kumar No, la fórmula de Heaviside-Feynman es exacta en el sentido de que es consistente con los potenciales de Lienard-Weichert. No se hace ninguna aproximación. Su observación en su pregunta "que ∇ϕ parte de la ecuación es una función solo de la velocidad de la fuente y no de su aceleración" no es correcta. Es posible que haya pasado por alto el hecho de que ϕ es una función de la velocidad retardada v. Por lo tanto, la gradación introduce los términos "a" (aceleración).
@verdelite: Tienes toda la razón. Edito mi respuesta.