¿Una carga clásica que está estacionaria en un campo gravitatorio irradia?

¿Cómo tiene sentido la radiación EM no observable sin energía ni momento (Q1)?

Si bien una respuesta de probablemente_alguien en términos del horizonte de Rindler ofrece un punto de vista en un sentido global, también podríamos usar una perspectiva local. Un ejemplo de detector local para radiación EM sería algo que mida el vector de Poynting. Si rodeamos la carga en constante aceleración con detectores estáticos en el marco de la carga, medirían cero y por lo tanto podríamos concluir que no hay radiación. Pero esa declaración solo es cierta en este marco de referencia específico, y dado que este marco de referencia cubre solo una parte de un espacio-tiempo (cuña de Rindler), no es cierta globalmente.

¿El origen físico de la aceleración de la carga determina si la radiación es observable o no (Q2)?

Sí. Hay dos puntos a tener en cuenta. Primero, una carga puntual con campo electromagnético no es un sistema local. Debido a que el campo es de largo alcance, puede servir como sonda para otras regiones del espacio-tiempo e introducir efectos observables incluso dentro de un marco de referencia acelerado. Por ejemplo, en un espaciotiempo curvo (como en un tensor de curvatura distinto de cero) habría un término de fuerza adicional que contiene la función de Green retardada que actúa sobre la carga y, en principio, depende de toda la historia del movimiento de la carga y la estructura "global" del espaciotiempo. Efectos similares estarían presentes incluso en el espacio-tiempo plano si hay objetos (dieléctricos, conductores) interactuando con el campo EM de una carga. Por lo tanto tendríamos fuerza propiaactuando sobre una carga, sino también campos EM adicionales medibles por detectores cerca de la carga.

La segunda cosa a tener en cuenta es que una carga en un movimiento acelerado constante por toda la eternidad es una imposibilidad. En situaciones físicas realistas, la aceleración debe tener un principio y un final (o al menos debe cambiar su carácter). Esto significaría que el "horizonte Rindler" en la respuesta de probablemente_alguien no es realmente un horizonte sino una aproximación, y lo que realmente sería observable depende de la naturaleza de la fuerza aceleradora.

¿La respuesta a la pregunta de mi título es "¿Depende?"?

Aquí hay una declaración verdadera globalmente, independientemente de la elección del marco de referencia y la naturaleza de la fuerza de aceleración. Una configuración realista haría que la carga comenzara y terminara su movimiento en algún estado sin aceleración. Esto significa que la carga debe comenzar en$i^-$y terminar en$i^+$, infinitos temporales. Entonces, si la carga pasa por una fase de aceleración, habría un flujo de energía EM en el infinito futuro nulo ($\mathscr{I}^+$). Este flujo de masa-energía es la radiación de esta carga.

Una perspectiva interesante para este problema proviene de observar que hay una contribución adicional al "momento ligado" del campo EM de una carga en movimiento que es proporcional a la aceleración 4, como lo observó por primera vez Teitelboim:

• Teitelboim, C. (1970). Desdoblamiento del tensor de Maxwell: reacción de radiación sin campos avanzados . Revisión física D, 1(6), 1572, doi:10.1103/PhysRevD.1.1572 .

Una referencia más reciente:

• Gal'tsov, D. (2009). Reacción de radiación y conservación de energía y cantidad de movimiento . En “Masa y movimiento en relatividad general” (págs. 367-393). Springer, Dordrecht, arXiv:1012.2846 .

contiene el siguiente pasaje:

Por lo tanto, el balance de energía-momento del sistema que consiste en la carga acelerada y su campo de Maxwell incluye tres, pero no solo dos, ingredientes: el momento de la partícula, el momento transportado por la radiación y el momento electromagnético ligado. El impulso de radiación se puede extraer tanto del impulso de la partícula como indirectamente del impulso ligado. Esto explica el origen de la radiación de la carga uniformemente acelerada, en cuyo caso la fuerza de reacción total es cero y, por lo tanto, el momento cinético de la partícula es constante. Mientras la carga experimenta una aceleración constante, su momento electromagnético ligado disminuye y se transfiere a la radiación. Físicamente, sin embargo, la aceleración tiene que empezar en algún momento y terminar en algún momento, y durante las etapas de adquirir y perder la aceleración, el momento límite se intercambia con el momento cinético. Por lo tanto, la pérdida total de energía-cantidad de la carga será igual a la cantidad de movimiento que se lleva la radiación. Pero un equilibrio instantáneo queda oscurecido por la presencia del término de Schott. Otra situación simple es el movimiento periódico. Dado que el término ambiguo de Schott es una derivada total, su contribución se desvanece si se integra durante el período o, de manera equivalente, se promedia durante el período.

De acuerdo con la relatividad general, cualquier sistema de caída libre es un sistema de inercia. Un observador en caída libre observaría que un objeto sentado en la superficie de la Tierra estaría acelerando uniformemente hacia arriba. Por lo tanto, la superficie de la Tierra es un marco no inercial (en particular, es equivalente a un marco de aceleración uniforme).

Las coordenadas de Rindler ( https://en.wikipedia.org/wiki/Rindler_coordinates ) describen un marco de referencia uniformemente acelerado en la relatividad general . Las coordenadas de Rindler tienen un horizonte , el espacio-tiempo más allá del cual es inobservable para un observador en este marco (aunque todavía puede verse afectado causalmente por el observador). En el marco de aceleración uniforme en el que la carga está estacionaria en relación con la superficie de la Tierra, los componentes radiantes del campo electromagnético están más allá de ese horizonte , haciéndolos inaccesibles para el observador que acelera uniformemente pero visibles para el observador inercial, para quien no hay horizontes presentes. Los detalles completos de este argumento se exponen aquí: https://arxiv.org/abs/physics/0506049