輻射反作用(radiation reaction)
如果一個加速的電荷以輻射帶走能量,那能量總得從某處來——所以電荷必然感受到一個反衝,一股來自它自己所發出之場的拖曳。輻射反作用(或稱輻射阻尼)就是這個自作用力,是電荷的輻射對其自身運動的反饋。
對非相對論性電荷,領頭的自作用力是阿布拉罕-勞侖茲(Abraham-Lorentz)公式 F_rad = (mu_0 q^2 / 6 pi c) da/dt = q^2 / (6 pi epsilon_0 c^3) 乘上急動度(加速度對時間的導數)。注意它依賴 da/dt,而不是 a 本身——一個由位置的「三階」導數構成的力,這本身就是一個警訊。對一個週期作平均後,它恰好完成拉莫公式所要求的收支,精確地耗掉被輻射出去的能量,特徵時標為 tau = q^2/(6 pi epsilon_0 m c^3),對電子約為 6 x 10^-24 秒。
阿布拉罕-勞侖茲方程是出了名的病態。由於力含有 da/dt,它容許「失控解」——在沒有外力時加速度指數增長;而若你去修掉這些解,又會冒出「預加速」——電荷在力施加之前就開始運動,違反因果律。這些都是在提示:古典點電荷電動力學已被推出它的適用範圍。誠實的說法是:只有當時標 tau 內輻射的能量遠小於粒子能量時,輻射反作用才是可靠的小修正,而徹底的解決需要量子電動力學。
對電子而言,輻射反作用的時標為 tau ~ 6 x 10^-24 秒——約等於光橫越一個古典電子半徑所需的時間。只有當運動在這個荒謬的短時標上有可觀變化時,輻射反作用才咬得動;這正是為什麼對幾乎所有尋常加速度而言它都可忽略。
自作用力 ~ 急動度(da/dt);只有在電子約 10^-23 秒的時標上才重要。
阿布拉罕-勞侖茲力帶有失控解與預加速解——它是一個近似,而非基本的精確定律,並且標誌著古典點電荷模型的失效。它是一個三階(依賴急動度)的方程,這一點與尋常的牛頓動力學不同。