赵双任

赵双任（1954年—），1976年毕业于北京工业学院（现北京理工大学）电子机械专业，1987年于西北电讯工程学院（现西安电子科技大学）电磁场与微波专业研究生毕业，1998年获得西安交通大学生物医学工程学博士学位。1976-1984 赵在西安东方机械厂任技术员。1987至1990年间，赵在电子部39所从事天线设计和研究工作。1990年到1997年期间，在德国尤利西核能研究院担任研究员。之后，赵在德国、加拿大和美国作为工程师，研究员从事脑磁图、正电子成像、CT图像重建、图像分割和图像对准技术，病毒显微成像等方面的研究工作。另外还从事芯片光刻仿真，GPS 汽车导航，铁路探伤，GPU CUDA编程等技术。

主要理论成果

光子的电磁波理论

1987年，赵双任提出并发表了电磁场的“互能定理”， ， ，公式如下：

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

他还提出了两个电磁场内积的概念：

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

2017年，赵双任将该定理扩展为“互能流定理”，其表达式为：

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

赵双任提出的电磁场定律指出，电磁辐射不溢出宇宙，

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

并推导了相关公式。他认为电磁波的电场与磁场应保持90度相位差。赵认为经典电磁理论把磁场定义为矢量势的旋度有局限性，只在准静态电磁场条件下有效。这个磁场其实是环路上的平均磁场，而不是真正的磁场。赵通过互能流定律重新定义了电磁波的磁场。 。

对经典电磁场理论的磁场的修正

在频域滞后矢量势和超前的矢量势定义为：

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

其中频域电流定义为 ${\boldsymbol {J}}={\boldsymbol {J}}({\boldsymbol {x}}',t)={\boldsymbol {J}}_{0}({\boldsymbol {x}}')\exp(j\omega t)$。

赵认为经典电磁理论中把矢量势的旋度定义为磁场是有局限性的。这个定义只对准静态条件成立。其实矢量势的旋度不是磁场，而是沿着环路上的平均磁场：

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

磁场上面一横表示沿着环路的平均磁场，上式第一部分是辐射近场，第二部分是辐射远场。平均磁场在准静态条件下和磁场一致。而（真正正确的）磁场可以由平均磁场修正得到：

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

下标 $n$ 表示近场，$f$ 表示远场。类似的对于超前势，

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

修正公式为：

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

赵认为，惠勒费曼在吸收体理论 中提出的电流辐射一半滞后波一半超前波是正确的。

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

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

${\boldsymbol {E}}$ 是电场，${\boldsymbol {E}}^{(r)}$ 是滞后的电场，${\boldsymbol {E}}^{(a)}$ 是超前的电场。

电磁波的磁场的定义和测量

这个（真正正确的）电磁波的磁场的定义可以由互能流密度定义，即

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

其中 ${\boldsymbol {E}}_{2},{\boldsymbol {H}}_{2}$ 是探测偶极子接收天线的磁场。假定电磁波的电场为

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

赵不假定电磁波的磁场和电场同相位，而认为，

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

其中 $c$ 是一个包含相位的复数。偶极子接收天线 ${\boldsymbol {J}}_{2}=J_{2}(-{\hat {z}})$ 的负载是纯电阻的，因此上述互能流密度的两项都是实数。

${\boldsymbol {H}}_{1}$ 是被测磁场，根据上式，在测量接收天线位置，${\boldsymbol {H}}_{1}$ 的相位和 ${\boldsymbol {E}}_{2}=E_{2}(-{\hat {z}})$ 相同。${\boldsymbol {H}}_{2}$ 和 ${\boldsymbol {E}}_{1}$ 同相位。${\boldsymbol {H}}_{2}=H_{2}{\hat {y}}$ 和接收偶极子天线的电流同相位。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

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

这样可以定出磁场 ${\boldsymbol {H}}_{1}$ 的相位。所以磁场 ${\boldsymbol {H}}_{1}$ 式中的相位因子可以定出为 $c=-j$

这和前面修正的滞后磁场的结果一致。至于磁场的大小 $|{\boldsymbol {H}}_{1}|$ 和平均磁场的大小 $|{\overline {\boldsymbol {H}}}_{1}|$ 一致。这样按照赵的理论电磁波是无功功率的。因为电磁波的电场和磁场保持90度相位差。电磁波不是电场和磁场相位相同！电磁波是无功功率的，那么电磁波平均地看是不传递能量的。能量是由互能流传递的，而赵认为互能流是粒子。因此粒子包括光子传递能量，而波不传递能量。这样波就不必是概率的，也不必坍缩。这对波粒子二象性问题的诠释提供了一个正确的选择。

量子力学

自2017年起，赵双任开始用互能流解释量子力学，认为任何粒子都是一种互能流。光子是与麦克斯韦方程相关的互能流，电子则是与薛定谔方程或狄拉克方程相关的互能流。他将电磁场理论中的互能流定律推广应用到量子力学，并将能量流与互能流进行了统一。

医学成像

在CT图像重建方面，赵双任提出了基于傅里叶变换的扇形光束和锥形光束CT图像重建算法。该算法 获得大量引用。 另外在脑磁图的研究方面赵也做了大量工作 。