推遲勢(retarded potential)
撥動遠處發射器的開關,房間不會瞬間有反應——電流改變的「消息」只以光速向外傳開。推遲勢把這段延遲直接寫進電磁學的位勢裡。它回答的問題是:當電荷與電流都在運動、都在變化時,此時此地的位勢究竟是多少?
推遲純量勢與向量勢,是馬克士威方程組在勞侖次規範(Lorenz gauge)下的因果解。在 SI 單位下,V(r,t) = (1/4 pi epsilon_0) 乘上 rho(r', t_r)/|r - r'| 對源的積分,而 A(r,t) = (mu_0/4 pi) 乘上 J(r', t_r)/|r - r'| 的積分,其中的關鍵是推遲時間 t_r = t - |r - r'|/c。每一小塊源所貢獻的,不是它「現在」在做什麼,而是它「較早」在做什麼,時間差恰好等於光從那裡走到這裡所需的時間。形式上,這是波動方程 box V = -rho/epsilon_0 與 box A = -mu_0 J 的解,由達朗貝爾算子 box 的推遲格林函數(retarded Green's function)建構而成。
波動方程其實還有第二個解,即超前勢(advanced potential),它用的是 t_a = t + |r - r'|/c,會讓結果先於原因出現;我們基於因果律把它捨棄。推遲勢是一切輻射現象的起點——把一個運動的點電荷代進去,就得到李納-維謝爾勢(Lienard-Wiechert potentials),再由此推出拉莫公式與整套天線理論。
一座 300 公里外的無線電天線改變了電流。因為 c 約為 3 x 10^8 m/s,推遲的時間差為 |r - r'|/c = 3 x 10^5 / 3 x 10^8 = 0.001 秒,所以你在此處算出的位勢,反映的是天線一毫秒前的狀態,而不是它此刻的狀態。
此刻的位勢,由源在「一個光程時間之前」的樣子所決定。
推遲效應存在於「源」之中,是在 t_r 這個時刻取值,而不是把整個答案粗略地延後;當源分布在空間各處時,不同部分是從不同的推遲時間貢獻進來的。超前解在數學上成立,但因違反因果律而被排除。