傑斐緬柯方程式

在電磁學裏，給予含時電荷密度分佈和電流密度分佈，可以使用傑斐緬柯方程式（Jefimenko equation）來計算電場和磁場。這方程式因其發現者物理學家而命名。傑斐緬柯方程式是馬克士威方程組對於這些電荷密度分佈和電流密度分佈的解答。

在真空內的電磁場
在真空內，電場\mathbf{E}和磁場\mathbf{B}可以用傑斐緬柯方程式表達為：
: \mathbf{E}(\mathbf{r},\,t) = \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int_{\mathcal{V}'} \left[\rho(\mathbf{r}',\,t_r)\frac{\mathbf{r} - \mathbf{r}'}\right] d^3\mathbf{r}' 、

: \mathbf{B}(\mathbf{r},t) = \frac{\mu_0}{4\pi}\int_{\mathcal{V}'}
\left[\frac{\mathbf{J}(\mathbf{r}',\,t_r)}\, d^3\mathbf{r}'、
:\mathbf{A}(\mathbf{r},\,t)\ \stackrel{def}{=}\ \frac{\mu_0}{4\pi}\int_{\mathcal{V}'} \frac{\mathbf{J}(\mathbf{r}',\,t_r)}\, d^3\mathbf{r}'。

推遲時間t_r定義為現在時間t減去光波傳播的時間：
:t_r\ \stackrel{def}{=}\ t - \frac{c}；

其中，c是光速。

在這兩個非靜態的推遲勢方程式內，源電荷密度和源電流密度都跟推遲時間t_r有關，而不是跟時間無關。

推遲勢與電場\mathbf{E}、磁場\mathbf{B}的關係分別為
:\mathbf{E}= - \nabla\Phi - \frac{\partial\mathbf{A}}{\partial t}、
:\mathbf{B}=\nabla\times\mathbf{A}。

設定\boldsymbol{\mathfrak{R}}為從源位置到場位置的分離向量：
:\boldsymbol{\mathfrak{R}}=\mathbf{r} - \mathbf{r}'。

場位置\mathbf{r}、源位置\mathbf{r}'和時間t都是自變數。分離向量\boldsymbol{\mathfrak{R}}和其大小\mathfrak{R}都是應變數，跟場位置\mathbf{r}、源位置\mathbf{r}'有關。推遲時間t_r=t - \mathfrak{R}/c也是應變數，跟時間t、分離距離\mathfrak{R}有關。

推遲純量勢\Phi(\mathbf{r},\,t)的梯度是
:\nabla\Phi(\mathbf{r},\,t)= \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int_{\mathcal{V}'} \nabla\left(\frac{\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\mathfrak{R}}\right)\, d^3\mathbf{r}'= \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int_{\mathcal{V}'} \left[\frac{\nabla\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\mathfrak{R}}+\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)\nabla\left(\frac{1}{\mathfrak{R}}\right)\right]\, d^3\mathbf{r}'。

注意到
:\frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t}=\frac{\partial t_r}{\partial t}\ \frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t_r}=\frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t_r}、
:\nabla \mathfrak{R}=\hat{\boldsymbol{\mathfrak{R}}}。

所以，源電荷密度\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)的梯度是
:\nabla\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)= - \frac{1}{c}\ \frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t_r}\nabla \mathfrak{R}= - \frac{1}{c}\ \frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t}\hat{\boldsymbol{\mathfrak{R}}}= - \frac{\dot{\rho}(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{c}\hat{\boldsymbol{\mathfrak{R}}}；

其中，\dot{\rho}(\mathbf{r}' ,\, t_r)定義為\frac{\partial\rho(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{\partial t}。

將這公式代入，推遲純量勢\Phi(\mathbf{r},\,t)的梯度是
:\nabla\Phi(\mathbf{r},\,t)= \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int_{\mathcal{V}'} \left[ - \frac{\dot{\rho}(\mathbf{r}' ,\, t_r)}{c}\frac{\hat{\boldsymbol{\mathfrak{R}}}}{\mathfrak{R}} - \rho(\mathbf{r}' ,\, t_r) \left(\frac{\hat{\boldsymbol{\mathfrak{R}}}}{\mathfrak{R}^2}\right)\right]\, d^3\mathbf{r}'。

推遲向量勢\mathbf{A}(\mathbf{r},\,t)對於時間的偏導數為：
:\frac{\partial \mathbf{A}(\mathbf{r},\,t)}{\partial t}=\frac{\mu_0}{4\pi}\int_{\mathcal{V}'} \frac{
\dot{\mathbf{J}}(\mathbf{r}',\,t_r)}\, d^3\mathbf{r}'
=\frac{1}{4\pi\epsilon_0 c^2}\int_{\mathcal{V}'} \frac{
\dot{\mathbf{J}}(\mathbf{r}',\,t_r)}\, d^3\mathbf{r}'
。

綜合前面這兩個公式，可以得到電場的傑斐緬柯方程式。同樣方法，可以得到磁場的傑斐緬柯方程式。

在介質內的電磁場
對於任意介質，將前面所述電場和磁場的方程式加以延伸，可以從電荷密度\rho、電流密度\mathbf{J}、電極化強度\mathbf{P}、磁化强度\mathbf{M}，計算出電場\mathbf{E}、電位移\mathbf{D}、磁感應強度\mathbf{B}、磁場強度\mathbf{H}。

電場和磁場的因果關係
很多物理學家藉著馬克士威方程組來詮釋為甚麼含時電場與含時磁場會互相生成。這詮釋常常會被納入電磁波形成的理論。但是，傑斐緬柯方程式顯示出，實際上並不是這樣。傑斐緬柯闡明：

參閱
*電磁波方程式
*非齊次的電磁波方程式
*電磁場的數學表述
*黎納-維謝勢
*拉莫方程式
*阿布拉罕-勞侖茲力
*狹義相對論

參考文獻