趙雙任

趙雙任（1954年—），1976年畢業於北京工業學院（現北京理工大學）電子機械專業，1987年於西北電訊工程學院（現西安電子科技大學）電磁場與微波專業研究生畢業，1998年獲得西安交通大學生物醫學工程學博士學位。1976-1984 趙在西安東方機械廠任技術員。1987至1990年間，趙在電子部39所從事天線設計和研究工作。1990年到1997年期間，在德國尤利西核能研究院擔任研究員。之後，趙在德國、加拿大和美國作為工程師，研究員從事腦磁圖、正電子成像、CT圖像重建、圖像分割和圖像對準技術，病毒顯微成像等方面的研究工作。另外還從事晶片光刻仿真，GPS 汽車導航，鐵路探傷，GPU CUDA編程等技術。

主要理論成果

光子的電磁波理論

1987年，趙雙任提出並發表了電磁場的「互能定理」， ， ，公式如下：

$-\int _{V_{2}}{\boldsymbol {E}}_{1}(\omega )\cdot {\boldsymbol {J}}_{2}(\omega )^{*}dV=\int _{V_{1}}{\boldsymbol {E}}_{2}(\omega )^{*}\cdot {\boldsymbol {J}}_{1}(\omega )dV$

他還提出了兩個電磁場內積的概念：

$(\xi _{1},\xi _{2})\equiv \iint _{\Gamma }({\boldsymbol {E}}_{1}(\omega )\times {\boldsymbol {H}}_{2}(\omega )^{*}+{\boldsymbol {E}}_{2}(\omega )^{*}\times {\boldsymbol {H}}_{1}(\omega )^{*})\cdot {\hat {n}}d\Gamma$

2017年，趙雙任將該定理擴展為「互能流定理」，其表達式為：

$-\int _{V_{2}}{\boldsymbol {E}}_{1}(\omega )\cdot {\boldsymbol {J}}_{2}(\omega )^{*}dV=(\xi _{1},\xi _{2})=\int _{V_{1}}{\boldsymbol {E}}_{2}(\omega )^{*}\cdot {\boldsymbol {J}}_{1}(\omega )dV$

趙雙任提出的電磁場定律指出，電磁輻射不溢出宇宙，

$\oiint _{\Gamma }({\boldsymbol {E}}_{i}\times {\boldsymbol {H}}_{i}^{*})d\Gamma =0,\ \ \ i=1,2$

並推導了相關公式。他認為電磁波的電場與磁場應保持90度相位差。趙認為經典電磁理論把磁場定義為矢量勢的旋度有局限性，只在准靜態電磁場條件下有效。這個磁場其實是環路上的平均磁場，而不是真正的磁場。趙通過互能流定律重新定義了電磁波的磁場。 。

對經典電磁場理論的磁場的修正

在頻域滯後矢量勢和超前的矢量勢定義為：

${\boldsymbol {A}}^{(r)}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}\int _{V}{\frac {\boldsymbol {J}}{r}}\exp(-jkr)dV$

其中頻域電流定義為 ${\boldsymbol {J}}={\boldsymbol {J}}({\boldsymbol {x}}',t)={\boldsymbol {J}}_{0}({\boldsymbol {x}}')\exp(j\omega t)$。

趙認為經典電磁理論中把矢量勢的旋度定義為磁場是有局限性的。這個定義只對準靜態條件成立。其實矢量勢的旋度不是磁場，而是沿著環路上的平均磁場：

${\overline {\boldsymbol {B}}}^{(r)}=\nabla \times {\boldsymbol {A}}^{(r)}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}\int _{V}{\boldsymbol {J}}\times \left({\frac {\boldsymbol {r}}{r^{3}}}\right)\exp(-jkr)dV+j{\frac {\mu _{0}}{4\pi }}\int _{V}{\boldsymbol {J}}\times {\frac {k{\boldsymbol {r}}}{r^{2}}}\exp(-jkr)dV$

磁場上面一橫表示沿著環路的平均磁場，上式第一部分是輻射近場，第二部分是輻射遠場。平均磁場在准靜態條件下和磁場一致。而（真正正確的）磁場可以由平均磁場修正得到：

${\boldsymbol {B}}_{n}^{(r)}={\overline {\boldsymbol {B}}}_{n}^{(r)},\ \ \ {\boldsymbol {B}}_{f}^{(r)}=(-j){\overline {\boldsymbol {B}}}_{f}^{(r)}$

下標 $n$ 表示近場，$f$ 表示遠場。類似的對於超前勢，

${\boldsymbol {A}}^{(r)}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}\int _{V}{\frac {\boldsymbol {J}}{r}}\exp(+jkr)dV$

修正公式為：

${\boldsymbol {B}}_{n}^{(a)}={\overline {\boldsymbol {B}}}_{n}^{(a)},\ \ \ {\boldsymbol {B}}_{f}^{(a)}=(j){\overline {\boldsymbol {B}}}_{f}^{(a)}$

趙認為，惠勒費曼在吸收體理論 中提出的電流輻射一半滯後波一半超前波是正確的。

${\boldsymbol {B}}={\frac {1}{2}}({\boldsymbol {B}}^{(r)}+{\boldsymbol {B}}^{(a)})$

${\boldsymbol {E}}={\frac {1}{2}}({\boldsymbol {E}}^{(r)}+{\boldsymbol {E}}^{(a)})$

${\boldsymbol {E}}$ 是電場，${\boldsymbol {E}}^{(r)}$ 是滯後的電場，${\boldsymbol {E}}^{(a)}$ 是超前的電場。

電磁波的磁場的定義和測量

這個（真正正確的）電磁波的磁場的定義可以由互能流密度定義，即

${\boldsymbol {S}}_{m}={\boldsymbol {E}}_{1}\times {\boldsymbol {H}}_{2}^{*}+{\boldsymbol {E}}_{2}^{*}\times {\boldsymbol {H}}_{1}$

其中 ${\boldsymbol {E}}_{2},{\boldsymbol {H}}_{2}$ 是探測偶極子接收天線的磁場。假定電磁波的電場為

${\boldsymbol {E}}_{1}={\boldsymbol {E}}_{10}\exp(j\omega t)\exp(-jk{\boldsymbol {x}})(-{\hat {z}})$

趙不假定電磁波的磁場和電場同相位，而認為，

${\boldsymbol {H}}_{1}=c{\frac {1}{\eta }}{\boldsymbol {E}}_{10}\exp(j\omega t)\exp(-jk{\boldsymbol {x}})({\hat {y}})$

其中 $c$ 是一個包含相位的複數。偶極子接收天線 ${\boldsymbol {J}}_{2}=J_{2}(-{\hat {z}})$ 的負載是純電阻的，因此上述互能流密度的兩項都是實數。

${\boldsymbol {H}}_{1}$ 是被測磁場，根據上式，在測量接收天線位置，${\boldsymbol {H}}_{1}$ 的相位和 ${\boldsymbol {E}}_{2}=E_{2}(-{\hat {z}})$ 相同。${\boldsymbol {H}}_{2}$ 和 ${\boldsymbol {E}}_{1}$ 同相位。${\boldsymbol {H}}_{2}=H_{2}{\hat {y}}$ 和接收偶極子天線的電流同相位。所以有：

$H_{1}\sim E_{2}$

$H_{2}\sim E_{1}$

$H_{2}\sim J_{2}$

${\boldsymbol {E}}_{2}\sim -j\omega {\boldsymbol {A}}_{2},\ \ \ E_{2}\sim -jJ_{2}$

所以

$H_{1}\sim {\boldsymbol {E}}_{2}\sim -j{\boldsymbol {J}}_{2}\sim -jH_{2}\sim -jE_{1}$。

這樣可以定出磁場 ${\boldsymbol {H}}_{1}$ 的相位。所以磁場 ${\boldsymbol {H}}_{1}$ 式中的相位因子可以定出為 $c=-j$

這和前面修正的滯後磁場的結果一致。至於磁場的大小 $|{\boldsymbol {H}}_{1}|$ 和平均磁場的大小 $|{\overline {\boldsymbol {H}}}_{1}|$ 一致。這樣按照趙的理論電磁波是無功功率的。因為電磁波的電場和磁場保持90度相位差。電磁波不是電場和磁場相位相同！電磁波是無功功率的，那麼電磁波平均地看是不傳遞能量的。能量是由互能流傳遞的，而趙認為互能流是粒子。因此粒子包括光子傳遞能量，而波不傳遞能量。這樣波就不必是概率的，也不必坍縮。這對波粒子二象性問題的詮釋提供了一個正確的選擇。

量子力學

自2017年起，趙雙任開始用互能流解釋量子力學，認為任何粒子都是一種互能流。光子是與麥克斯韋方程相關的互能流，電子則是與薛丁格方程或狄拉克方程相關的互能流。他將電磁場理論中的互能流定律推廣應用到量子力學，並將能量流與互能流進行了統一。

醫學成像

在CT圖像重建方面，趙雙任提出了基於傅立葉變換的扇形光束和錐形光束CT圖像重建算法。該算法 獲得大量引用。 另外在腦磁圖的研究方面趙也做了大量工作 。