【ゆっくり解説】ローレンツゲージ(ローレンツ条件)って結局何なんだ?【電磁気学】

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  • Опубликовано: 25 ноя 2024

Комментарии •

  • @dendenmushi112
    @dendenmushi112  Год назад +5

    訂正
    0:11
    φ→φ-∂χ/∂tです。
    5:45
    図の矢印の値は、
    8 6 4
    11 9 7
    14 12 10
    17 15 13
    です。
    失礼しました。

  • @ghostofatchi
    @ghostofatchi 9 месяцев назад +3

    emanの物理学読んでて、自分の中でイメージできてないことがあったので調べてたらこの動画に漂着しました
    動画の内容がドンピシャです!

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  9 месяцев назад

      こちらこそ見て頂きありがとうございます!
      そう言って頂けてとても嬉しいです!
      凄くモチベーションになります!

  • @makshim8511
    @makshim8511 Год назад +6

    ローレンツゲージをここまで分かりやすくしている説明は、他に見たことがないです。素晴らしい!!遅延ポテンシャルの説明なんかもお願いします。

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад

      ありがとうございます!
      とても嬉しいです!☺️
      遅延ポテンシャルについて了解しました。
      少し遅れるかもしれませんが作ってみようと思います。
      一応今までの動画でも少し触れています。
      静電エネルギーの動画→13:05〜
      電磁波が出来るまでの動画→1:30〜
      よろしくお願いします。

  • @yoshimari138
    @yoshimari138 Год назад +7

    ローレンツゲージは,ローレンツ変換に対して形を変えないゲージ条件なので,相対性理論などとの相性が抜群です.

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад +1

      相対性理論にローレンツゲージが出てくることは少し知っていたのですが、それが理由だったのですね!
      教えて下さりありがとうございます!☺️

  • @g3452sgp
    @g3452sgp Год назад +1

    素晴らしい!!
    わかりやすい!!
    ほぼ完璧!!
    ありがたい。

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад

      こちらこそありがとうございます!

  • @はちみつ青汁
    @はちみつ青汁 Год назад +3

    素晴らしい動画ありがとうございます!めっちゃ分かりました!
    一つ質問です。
    ローレンツゲージdivA=-ε0μ0(∂φ/∂t)には物理的意味は無いと思われると仰られましたが、
    電荷保存則divj=-∂ρ/∂t
    電磁エネルギー保存則 div(ε0E²/2+μ0/2B²)=-divS
    を初めとした同じ形の式(発散と時間変化)も存在します。
    電荷保存則は"電荷"の動きを、電磁エネルギー保存則は"電磁エネルギー"の動きを記述しており、物理的意味を直感的に感じることが出来るのですが、同じように考えるとローレンツゲージdivA=-ε0μ0(∂φ/∂t)も"ポテンシャルエネルギー"の動きを記述している、物理的意味を持つ式にに感じてなりません。
    これに関して意見をお聞かせ願いたいです。

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад +2

      質問ありがとうございます!☺️
      私も同じくローレンツゲージが電荷保存則と電磁エネルギー保存則と同じ形をしていることから、必ず何かしらの物理的意味を持つと考えていました。
      しかし、ローレンツゲージの意味についてそもそも言及していない資料や、「ローレンツゲージに物理的意味は無い」と断言している資料しか見つかりませんでした。
      式の形から自分なりに考えてみても分かりませんでした。
      divA=-ε0μ0(∂φ/∂t)=-(1/c^2)(∂φ/∂t)
      (左辺のベクトルポテンシャルの発散は分かるが、右辺のφに光速の逆二乗をかけたもの(φ/c^2)が何を意味しているのかさっぱり分からない)
      なので今は暫定的にローレンツゲージに物理的意味は無いとしております。
      また何か分かったら返信します。
      よろしくお願いします。

    • @YT-eb1xn
      @YT-eb1xn 8 месяцев назад

      ローレンツ条件を採用すると後の式がきれいになるので、何か物理的意味をもつのではないかと多くの人が考えてきたようです。例えば清水著「電磁波の物理」(朝倉書店)p.50 には「実はローレンツゲージがこのようなすばらしい性質を多く持っていることは不思議なことである。どのようなゲージを選ぶかは数学的に全く任意のはずなのであるが、.... そこにはただ単に方便である以上に、何か物理的意味が認められるように思われる」とあります。ただ、けっきょくその物理的意味については記述されておらず、意味ありげではあるもののやはり意味を見出すことはできなかったのです。ローレンツ条件の「意味」について記述されている本や論文は見たことがありません。なおローレンツ条件は電荷の保存則と形式上は同じ形をしてはいますが、なんらかの意味での保存則(「ポテンシャルの保存則」のようなもの?)を与えるものではないことについては砂川著「理論電磁気学」(紀伊国屋書店)p.256-257 に説明されています。

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  8 месяцев назад

      @@YT-eb1xn返信ありがとうございます!
      やっぱりそうですよね。安心しました。あと、ローレンツゲージの式は保存則とは関係ないんですね。初めて知りました。教えて頂きありがとうございます!

  • @あああ-i5f6d
    @あああ-i5f6d Год назад +1

    むっちゃ直感的でわかりやすいです……!!!!!応援してます!!!

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад

      ありがとうございます!
      とても励みになります!☺️

  • @Calabi_Yau
    @Calabi_Yau 15 дней назад

    めちゃくちゃ分かりやすい……

  • @こてえる
    @こてえる Год назад +2

    わかりやすい説明ありがとうございます!
    自分は大学院生で1から電磁気学を勉強しなおしたいのですが、おすすめの教科書はありますか?

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад

      こちらこそありがとうございます!
      教科書に関してはあまり詳しくないので特にオススメというものは無いのですが、個人的には「工科系の電磁気学」という本を学部の頃からずっと使わせてもらっています。これが一番分かりやすいとは断言出来ないのですが、特に分かりにくいとかはなく、学習にあたって支障はないのでずっと参考にしています。
      サイトは「EMANの物理学」はオススメです。このサイトも学部のころからよく見させてもらって参考にしています。

    • @こてえる
      @こてえる Год назад +1

      返信ありがとうございます!参考にします!

  • @Ryutatsu55
    @Ryutatsu55 6 месяцев назад +1

    わかりやすい動画ありがとうございます
    非常にわかりやすく助かっており、下から順に全ての動画を拝見しております
    一応確認なのですが、発散ではなく勾配gradでは無いですか?
    そうでないとゲージ変換においてそれぞれスカラーとベクトルの足し算になるように見受けられます。
    また、勾配だと周回積分で同じ位置に戻ってくることから、rotをとった時に0になることが直感的にも受け入れやすく感じます

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  6 месяцев назад +1

      コメントありがとうございます!
      >発散ではなく勾配gradでは無いですか?
      これは、ローレンツゲージの左辺がdivではなくgradではないかということでしょうか?divA=-ε0μ0∂Φ/∂tではなくgradA=-ε0μ0∂Φ/∂tではないかということでしょうか。(もしこの前提が間違っていたら教えてください。)
      まず前提としてgradはスカラー場に対して作用させる演算子で、gradAというようにベクトル場に対しては作用させることはできないため、式として不適だと思われます。
      回答になっているか分かりませんが、また不明点があればお気軽に返信してください。

    • @Ryutatsu55
      @Ryutatsu55 6 месяцев назад

      @@dendenmushi112 あまりの説明不足な質問、大変失礼いたしました!!!
      わかりやすく丁寧な返信解説ありがとうございます
      なるほど、∇の作用の対象によって物理的意味が異なるため演算の名前が変わるのですね
      そこで重ねての質問大変恐縮なのですがよろしいでしょうか
      5:52 のゲージ変換の前提知識の部分でdivAを考慮するとrotAに対して無限のAが考えられると解説されていたのですが、最終的な結論がrotA=Bの時A→A+∇χの変換が可能である(Aが任意性を持つ)となっていまして、解説の部分のdivAと結論の∇χの差にこんがらがってしまった次第です。
      ∇χによる差分に対するdivを可視化して任意性を示しているような形でしょうか

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  6 месяцев назад

      ​@@Ryutatsu55 返信ありがとうございます。また質問ありがとうございます。
      確かに分かりづらかったですね。申し訳ないです。
      まず前提として、ある磁場Bに対するベクトルポテンシャルAは無限に存在します。このとき、Aの自由度(任意性)は∇χだけあります。B=rotAに対して、A→A+∇χとしてもBが変わらないからです。
      12:07の超無限個のAや、12:47の解の情報量が多いからというのは、このA→A+∇χのことを指しています。
      もちろん5:52で述べたように、divAを考慮するとrotAに対して無限のAが考えられますが、∇χの自由度には遠く及びません。あくまでも、(∇χを考慮した時のrotAに対してのA)⊃(divAを考慮した時のrotAに対してのA)です。なぜならAの大きさなども考慮できるからです。(例えば、5:47の右のdivA=0のベクトル場の全ての数字に2を足しても、rotA=2とdivA=0を満たしながらAのゲージを変えることができるからです。)
      またもう一つ前提として、B=rotAを満たすAは無限個(A+∇χ)存在し、解の情報量が多すぎるため、そのままでは扱いづらいです。実際に解となるA+∇χ のすべてを考慮した式は非常に複雑で見づらくなっています(11:02)。この解の情報量を絞ることで式を綺麗にして扱いやすくしようというのがローレンツゲージを導入するモチベーションです。
      ではどれだけ絞るのかというと、A+∇χ のうちdiv(A+∇χ )=-ε0μ0(∂/∂t)((Φ-∂χ/∂t)を満たすゲージに絞ります。当然、そのような発散を考慮したゲージも、5:52で述べたように無限個存在しますが、A+∇χ のゲージの数にくらべると大幅に減っています。イメージとしては超無限個存在するゲージから無限個のゲージに減らした感じです。
      まとめると、この解となり得る規模の違いがdivAと∇χの差ですが、このような回答でいかがでしょうか。​ @tatsukuro9491 さんが期待する回答になっているか分かりませんが、また不明点があればお気軽に返信してください!

    • @Ryutatsu55
      @Ryutatsu55 6 месяцев назад

      @@dendenmushi112
      ありがとうございます!!!!!
      めちゃくちゃわかりました!
      解説部分(5:52)ではdivAについてはrotA=Bを満たしながら異なるdivAとなるAが存在するという任意性を示すための部分的な話で(実際にはrotA=B, divA=(一定)を満たしながら異なるAが考えられる)最終的に他の場合も考慮して一般化した結果A→A+∇χというゲージ変換になるということですかね、、?!
      徹底解説ありがとうございます本当に!
      動画大体全部見ました!非常に理解が進みました!神動画です!相対性理論等のお話も電磁気学が入り口になっているということがなんとなく理解できましたし、ちゃんとした数式を使った相対性理論を学んでみる気にもなりました!
      数式が使えなくても使える人でもわかりやすい素晴らしい動画に感動しております
      大学院試験を控えているのでこれを見て頑張ります!

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  6 месяцев назад

      @@Ryutatsu55
      その認識で大丈夫です!
      こちらこそ見ていただきありがとうございます!
      そう言って貰えてとても嬉しいです!励みになります!☺️
      院試頑張ってください!応援してます!

  • @山山-y4q
    @山山-y4q 2 месяца назад

    一般相対性理論にΛを加えるのもゲージ変換になるのでは?

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  2 месяца назад +1

      @@山山-y4q コメントありがとうございます!
      すみません、一般相対論は私にとって内容が難しくまだ手を出していないので分からないです、、

  • @yoshii8599
    @yoshii8599 10 месяцев назад

    EとBが波というところ、詳しく知りたいです!

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  10 месяцев назад

      コメントありがとうございます!
      EとBが波であるということは、マクスウェル方程式を変形することでEとBの波動方程式が導けて、その解からEとBが波であるということが示すことができます、

  • @小林カムイ
    @小林カムイ 9 месяцев назад

    5:45
    個人的な質問なんですが、右側の場合「横が2変化しているのに、上下が変化しないから『div0』になる」のですか?

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  9 месяцев назад +1

      質問ありがとうございます!
      その認識です!

  • @mosamosa2657
    @mosamosa2657 2 месяца назад

    まとめでAとΦが波であると述べられているのですが、
    EとBの波動方程式を満たすAとΦが波であるという事でしょうか?
    それともそういった条件に関係なく、
    AとΦはいつでも波であるという事でしょうか?
    ご教授頂けたら幸いです。

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  2 месяца назад

      質問ありがとうございます。
      波を「ある点で起こった振動が媒質を通して周囲へ伝わっていく現象」という広義の波として捉えると、AとΦはいつでも波です。
      しかし今回の「AとΦが波である」の波は、狭義の波「波動方程式の解となるような波」のことです。波動方程式の解となるような波とは、ある波源で起こった振動は時間の経過に伴い波源から離れて伝搬いきますが、波源から距離が離れていってもその振動の伝搬の勢いが減衰せずに(強まったりせずに)そのままの形で伝わっていく波のことです。
      なぜこうなるかというと、今回の議論する環境を「真空(ρ=0, i=0)である」と設定しているからです。
      真空でないと仮定すると広義の意味での波であるということを示す式変形や議論の方向性になると思います。(非常に複雑になりますが…)

    • @mosamosa2657
      @mosamosa2657 2 месяца назад

      @@dendenmushi112
      ご返答ありがとうございます。
      広義の波として捉えるとAとΦはいつでも波であるという点について、
      イメージとしては「電荷があると周囲に電位の山や谷が出来て広がっていく」
      「電流があると周囲にベクトルポテンシャルの矢印が広がっていく」様子が
      それに該当するという感じでしょうか?
      (振動が伝わっていくという点についてはよく分かりませんでした…)
      またAとΦの波が伝わっていく媒質は何になるのでしょうか?

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  2 месяца назад

      @@mosamosa2657 その認識で大丈夫です。媒質は空間になります。

    • @mosamosa2657
      @mosamosa2657 2 месяца назад

      @@dendenmushi112
      ご返答ありがとうございます。
      電荷の量や電流の値に変化があった時、
      その変化が周囲のAやΦに伝わっていく様子が
      なんか振動している感じがしてきました。
      ありがとうございます。

  • @いぇー-t9m
    @いぇー-t9m 9 месяцев назад

    この後に出てくる遅延ポテンシャルというものがあまりよくわかっていないのですが、遅延ポテンシャルとは?と言われて簡潔に答えるならどんな感じか教えてください🙏🙏

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  9 месяцев назад

      質問ありがとうございます。
      遅延ポテンシャルとは一言で言うと、ポテンシャルの発生から遅れて伝わるポテンシャルということです。
      例えばベクトルポテンシャルは電子の振動を起点に発生しますが、電子から遠く離れたところにいる人にそのベクトルポテンシャルは電子の振動から瞬時に伝わる訳ではなく、光の速さで伝わるということです。すなわち、タイムラグがあるということです。この遅れて伝わる性質から遅延ポテンシャルといいます。この遅延の性質はベクトルポテンシャルだけではなくスカラーポテンシャルも持っています。

    • @いぇー-t9m
      @いぇー-t9m 9 месяцев назад

      @@dendenmushi112 ありがとうございます🙇‍♀️

  • @Radio-U26NOB
    @Radio-U26NOB Год назад +1

    これまでマクスウェル・アンペールの式の導出説明では、コンデンサの場所で変位電流が流れて電界Eが変化し、コンデンサより十分に離れた場所にあるコイル周辺に磁界Bが変化し、それぞれの場所から一定の距離(近傍界λ/(2π)[m])で、EとBが合成された電波・平面波が出現する、その電波が合成される過渡現象が近傍界内では起きている・・・と聞いてきた教えが、根本的に覆ったようなショックを受け驚いています。
    量子電磁気の時代にプランクさんらは、その根源的仕組みを既に解っていた、ということなのでしょうか?

    • @dendenmushi112
      @dendenmushi112  Год назад +1

      ありがとうございます!
      変位電流の動画のことでしょうか?
      おそらくわかっていたと思います!
      直観的で分かりやすいこともあって現在も電場→磁場→電場…の相互作用で電磁波が生成・伝搬されるという説明が残ってるのだと思います!

    • @Radio-U26NOB
      @Radio-U26NOB Год назад

      @@dendenmushi112 ご返信Tnx! 電通大の解説には見られるので、これを機会に電磁気学の授業内容が先に進むと良いかなぁ・・・と。でんでん虫さんの本が出るといいかも