Простейшая геометризация уравнений Максвелла

Для проведения разработок в области трансформационной оптики и для расчёта линз перспективным представляется метод геометризации уравнений Максвелла. Основная идея заключается в переводе материальных уравнений Максвелла, а именно диэлектрической и магнитной проницаемости, в эффективную геометрию пространства-времени (и вакуумные уравнения Максвелла). Это позволит решать прямую и обратную задачи, то есть находить диэлектрическую и магнитную проницаемость по заданной эффективной геометрии (по траекториям лучей), а также находить эффективную геометрию по диэлектрической и магнитной проницаемости. Наиболее популярная наивная геометризация была предложена Плебанским. При определённых ограничениях она достаточно хорошо решает задачи в своей области. Следует отметить, что в оригинальной статье приводятся лишь результирующие формулы и исключительно для декартовых систем координат. В работе авторов проводится подробный вывод формул для наивной геометризации уравнений Максвелла, кроме того, формулы выписываются для произвольной криволинейной системы координат. Данная работа рассматривается как этап для построения полной ковариантной геометризации макроскопических уравнений Максвелла.

The Simplest Geometrization of Maxwell’s Equations

For research in the field of transformation optics and for the calculation of optically inhomogeneous lenses the method of geometrization of the Maxwell equations seems to be perspective. The basic idea is to transform the coefficients of constitutive equations, namely the dielectric permittivity and magnetic permeability into the effective geometry of space-time (and the vacuum Maxwell equations). This allows us to solve the direct and inverse problems, that is, to find the permittivity and magnetic permeability for a given effective geometry (paths of rays), as well as finding the effective geometry on the base of dielectric permittivity and magnetic permeability. The most popular naive geometrization was proposed by J. Plebanski. Under certain limitations it is quite good for solving relevant problems. It should be noted that in his paper only the resulting formulas and exclusively for Cartesian coordinate systems are given. In our work we conducted a detailed derivation of formulas for the naive geometrization of Maxwell’s equations, and these formulas are written for an arbitrary curvilinear coordinate system. This work is a step toward building a complete covariant geometrization of the macroscopic Maxwell’s equations.