Теоретики МФТИ и НИЦ «Курчатовский институт» предложили свежее видение классической головоломки об излучении равномерно ускоренного заряда. Они показали, что такой заряд неизбежно испускает электромагнитные волны, причём факт излучения не зависит от системы отсчёта — меняется лишь способ его регистрации и проявления. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
Согласно основам электродинамики, всякий электрический заряд, испытывающий ускорение, должен испускать энергию в виде электромагнитных волн. Этот принцип лежит в основе работы радиоантенн, синхротрона и многих других устройств. Однако применение принципа эквивалентности Эйнштейна приводит к парадоксу: если гравитационное поле равноценно ускорению, то все заряды на поверхности Земли должны постоянно излучать энергию — но мы этого не наблюдаем. Тогда возникает вопрос: откуда берётся энергия и не противоречит ли это основам теории?
Мысленный эксперимент подчёркивает конфликт между интуицией и строгими законами теория поля. Вопрос о том, излучает ли вечно ускоряющийся заряд, обсуждают уже десятилетия, но высокая симметрия идеализированного движения и его бесконечность препятствуют однозначному выводу.
Учёные из России решили обойти эту сложность, обратившись к более реальной модели: заряд равномерно ускоряется в одном направлении и одновременно движется с постоянной скоростью в перпендикулярном. Это небольшое усложнение снимает избыточную симметрию, позволяет внимательно просчитать вектор плотности потока энергии (вектор Пойтинга) и выяснить, какая часть энергии уходит на бесконечность — то есть формально подтверждает факт излучения.
В любой системе отсчёта ускоренный заряд теряет энергию на радиационное трение, что свидетельствует о наличии излучения. Однако способ его обнаружения зависит от выбора координат и от того, где расположен наблюдатель во вселенной.
Например, в неинерциальной системе, движущейся вместе с зарядом (координаты Риндлера), поток энергии через локальную замкнутую поверхность может оказаться нулевым. Но отсутствие локального потока не означает, что излучения нет вовсе: такая система отсчёта не охватывает всю вселенную и не позволяет корректно определить «волновую зону» — область на большом удалении, где волны отделяются от источника и распространяются независимо.
В инерциальной системе Минковского (стационарная лаборатория) расчёты показывают иное: удалённый наблюдатель фиксирует ненулевой поток, уходящий к бесконечности, что является бесспорным признаком излучения.
М. Н. Милованова, аспирант Физтех-школы им. Ландау и сотрудник Лаборатории физики высоких энергий МФТИ:
«Для человека, движущегося вместе с зарядом, поле вокруг кажется «шубой», движущейся вместе с ним, и на малых расстояниях всё выглядит статично. Но для лабораторного наблюдателя часть этого поля отрывается и уходит как электромагнитная волна. Оба взгляда справедливы, если правильно разделять ближнюю и дальнюю зоны и помнить, что неинерциальная система не всегда описывает волновую зону».
Таким образом, парадокс исчезает, если признать, что разные наблюдатели видят разные аспекты единой реальности: излучение всегда есть, но его проявления и методы регистрации зависят от системы отсчёта и расположения наблюдателя.
Выводы важны для понимания процессов в экстремальных условиях — в окрестностях чёрных дыр или в ранней Вселенной, где сильные гравитационные поля и ускоренные движения нормальны.
В дальнейшем авторы планируют исследовать дипольный излучатель конечного размера и корректный переход к предельному случаю точечного заряда, чтобы более детально прояснить ситуацию.
Научная статья: E. T. Akhmedov и M. N. Milovanova, Once more about radiation from uniformly accelerating charge, Phys. Rev. D 111, 124047 – опубликовано 25 июня 2025 г.
