<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" dtd-version="3.0"><?xmltex \makeatother\@nolinetrue\makeatletter?>
  <front>
    <journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher">ANGEO</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Annales Geophysicae</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">ANGEO</abbrev-journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Ann. Geophys.</abbrev-journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1432-0576</issn>
<publisher><publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
<publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>

    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/angeo-35-683-2017</article-id><title-group><article-title>Causal kinetic equation of non-equilibrium plasmas</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Causal Kinetic Theory}?><?xmltex \runningauthor{R. A. Treumann and W. Baumjohann}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1 aff2">
          <name><surname>Treumann</surname><given-names>Rudolf A.</given-names></name>
          <email>art@geophysik.uni-muenchen.de</email>
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-9783-994X</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff3">
          <name><surname>Baumjohann</surname><given-names>Wolfgang</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0001-6271-0110</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Department of Geophysics and Environmental Sciences, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich, Germany</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>International Space Science Institute Bern, Bern, Switzerland</institution>
        </aff>
        <aff id="aff3"><label>3</label><institution>Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Graz, Austria</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Rudolf A. Treumann (art@geophysik.uni-muenchen.de)</corresp></author-notes><pub-date><day>24</day><month>May</month><year>2017</year></pub-date>
      
      <volume>35</volume>
      <issue>3</issue>
      <fpage>683</fpage><lpage>690</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>20</day><month>April</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>2</day><month>May</month><year>2017</year></date>
      </history>
      <permissions>
<license license-type="open-access">
<license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/</ext-link></license-p>
</license>
</permissions><self-uri xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/35/683/2017/angeo-35-683-2017.html">This article is available from https://angeo.copernicus.org/articles/35/683/2017/angeo-35-683-2017.html</self-uri>
<self-uri xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/35/683/2017/angeo-35-683-2017.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://angeo.copernicus.org/articles/35/683/2017/angeo-35-683-2017.pdf</self-uri>


      <abstract>
    <p>Statistical plasma theory far from thermal equilibrium is subject to
Liouville's equation, which is at the base of the BBGKY hierarchical
approach to plasma kinetic theory, from which, in the absence of collisions,
Vlasov's equation follows. It is also at the base of Klimontovich's approach
which includes single-particle effects like spontaneous emission. All these
theories have been applied to plasmas with admirable success even though they
suffer from a fundamental omission in their use of the electrodynamic
equations in the description of the highly dynamic interactions in
many-particle conglomerations. In the following we extend this theory to
taking into account that the interaction between particles separated from
each other at a distance requires the transport of information. Action needs
to be transported and thus, in the spirit of the direct-interaction theory as
developed by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="text.1"/>, requires time. This is done by reference to
the retarded potentials. We derive the fundamental causal Liouville equation
for the phase space density of a system composed of a very large number of
charged particles. Applying the approach of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.2"/>, we
obtain the retarded time evolution equation of the one-particle distribution
function in plasmas, which replaces Klimontovich's equation in cases when the
direct-interaction effects have to be taken into account. This becomes
important in all systems where the distance between two points <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is comparable to the product of observation time and light
velocity, a situation which is typical in cosmic physics and
astrophysics.</p>
  </abstract>
      <kwd-group>
        <kwd>Space plasma physics (General or miscellaneous)</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

      <?xmltex \hack{\newpage}?>
<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p>The starting point of (classical) kinetic theory is Liouville's equation.
Written in terms of the <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-particle Hamiltonian
<inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and defining the 6-D phase space density
<inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of species <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, both functions of space
<inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and momentum <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it becomes
          <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math id="M8" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where it is assumed that the particle number <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of species <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is
conserved (along all dynamical phase space orbits). Otherwise the
right-hand side would contain the difference of number sources and losses
<inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This equation, under the assumptions made, is
completely general, applying to any system consisting of <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> particles
in interaction with an external as well as with their mutual fields, of which
they function as sources. These fields are contained in the Hamiltonian and
act via the Poisson bracket <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>In view of an application to plasmas, the relevant field is the electromagnetic
field <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with the particles carrying electric charges <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (with <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>) being the sources of the field. For simplicity, in the following, we restrict ourselves to electrons and ions (protons) of mass <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and gravity can be neglected on all scales small enough for the
electromagnetic fields to dominate. We also assume global quasi-neutrality and
the absence of any external fields. Then <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the set of
<italic>microscopic</italic> electromagnetic fields produced solely by the
microscopic charge and current densities of the interacting particle
components <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which serve as their sources:</p>
      <p><?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M21" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where the exact 6-D phase space density is defined through
          <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><mml:math id="M22" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the spatial and momentum
phase space trajectories which the particle <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> performs in the phase space
under the action of the complete microscopic electromagnetic field
<inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which it feels at its location <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at
time <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Liouville's equation for the exact phase space density can then be
written in the form

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M28" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.0em">{</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E4"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.0em">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          This is Klimontovich's equation for the exact microscopic phase space density
<inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in 6-D phase space <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="paren.3"/>. It
is a tautology because it does not say anything other than that particle
number is conserved along all the dynamical orbits of the particles in phase
space under the action of their mutual electromagnetic fields. The
microscopic fields it contains are given by Maxwell's equations in
differential form:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M30" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          The solution of this set of equations is not possible as it requires knowledge of
all microscopic particle orbits. One can, however introduce some coarse
graining procedure and define integrated distribution functions which
ultimately reduce the system to a set of equations known as
Klimontovich–Vlasov equations for a one-particle phase space distribution in
the presence of the average electromagnetic fields. This procedure is very
efficient, and we will follow it below in a modified version.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <title>Effect of retardation</title>
      <p>The problem of the above equations is that they do not account for the fact
that the electromagnetic signal of the presence and motion of the particles is
transferred from the signal-emitting particles to the signal-receiving
particles under consideration, i.e. the absorbers and reactors. Their sources are
the charge and current densities <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which are assumed to be known at any instant <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> in
all space points <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Obtaining this knowledge is impossible as it
requires instantaneous measurements at time <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> of all positions <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula>
and momenta <inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the particles present in real space. Instead, the
information must be synchronized among all locations. This is taken care of
in the Liénard–Wiechert potentials, which explicitly account for the
transport of information from point <inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to point <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In this
case in the Lorentz gauge

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M40" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E6"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          the correct scalar and vector potentials are to be expressed by the
<italic>retarded</italic> charge and current densities

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M41" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E7"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          taken at the retarded time
          <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><mml:math id="M42" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        of arrival of <italic>all the signals</italic> emitted at <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from all the particles
at spatial distance <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from the location of particle <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
at <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and at time <inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This also implies that in the expressions for
the charge and current densities
<inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a function of the
retarded time <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>Since all particles serve both as field sources and actors, excluding their
self-interaction, the use of the instantaneous fields ignores the
time-consuming signal transport and thus cannot be correct. It is an
approximation only that holds for comparably small volumes such that, in the
expression for the retarded time, the spatial difference can be neglected.
Thus, the restriction on the distance between particles is that
          <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><mml:math id="M50" display="block"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Clearly, this condition will readily be violated in large volumes of cosmic
and astrophysical size, where one must refer to the above precise potentials
and the fields resulting from them in reference to the Lorentz gauge.</p>
      <p>For single-particle–particle interactions, this problem has been discussed in
depth in seminal papers by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4 bib1.bibx5" id="text.4"/>. They showed that
in a closed system where no information is lost to the outside eliminating
any self-interaction of a particle with its proper
electromagnetic field implies that the fields are properly described via
<italic>retarded</italic> potentials only as done above. These potentials account for the
emission of a signal by one particle and the absorption of the signal after
some travel time by the target particle, causing this particle to interact.
The emitted signals belong to advanced potentials which, when correctly
included, subtract out, thereby restoring the required real-world causality.
It is incorrect to assume that the information arrives microscopically
instantaneously at the target, causing this to act. The electromagnetic fields
following from the Lorentz gauge in the microscopic domain are

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M51" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.6}{8.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.8}{8.8}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.6}{8.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.6}{8.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.8}{8.8}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E10"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.6}{8.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          which were first given, independently, by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3" id="text.5"/> and
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.6"/>. One should note that in these expressions the charge
<inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and current densities <inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are summed over all particle
species <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>This explicit representation of the microscopic fields accounts properly for
the time delay between the signal emitted from the total compound of primed
particles to arrive at the location <inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the particle under
consideration. Since the microscopic charge and current densities are
functionals of the phase space density, these expressions contain the latter,
though in a more involved manner than when using the differential forms of
the electrodynamic equations, which do not show where and whether the
retardation of the signal is taken into account. It is clear from these
expressions that particles which are far away from the target do not affect
it. The main effect will always come from close neighbours.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <title>Retarded charge and current densities</title>
      <p>Taking the divergence of the microscopic electric field and the curl of the
microscopic magnetic field, one readily reads the correct microscopic charge
and current densities when comparing the expressions with the microscopic
Maxwell equations:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M56" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E11"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.0em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E12"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p>These are the correct forms of the charge and current
densities summed over species <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> which have to be used in Maxwell's equations in order to account
for the retarded transfer of information between the particles in the plasma.
These expressions are implicit for both the charge and current densities. In
order to relate them to the exact microscopic phase space distribution
<inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as defined in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E3"/>), one refers to the
representations (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E2"/>) of the charge and current densities. This shows that the
functional dependence of the phase space density is itself implicit. It
depends on itself, taken at all the positions <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and retarded times
<inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>The proper way of dealing with this problem is to focus on the microscopic picture for as long as possible. There, all the charged particles can be imagined as
moving in a vacuum as long as the medium is sufficiently dilute. By progressing
to a coarse-grained picture one may afterwards advance to considering a more
continuous medium in which ultimately the propagation properties of the
signals will become modified by the collective properties of the matter.</p>
      <p>With these results it is convenient to express the microscopic
electromagnetic fields through the microscopic phase space densities of the
particle species:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M61" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          These are the expressions of the electromagnetic field which have to be used
in the microscopic Liouville Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) for the microscopic
<inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle phase space density. Not only do they couple the different
particle species, thus leading to a coupling between their phase space
distributions, they also make each microscopic distribution <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> a
functional of the distributions taken at all different phase space locations
which are causally accessible via their retarded times of signal propagation
<inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Clearly, this is a substantial complication, which is introduced into
kinetic theory by the requirement of causality.</p>
      <p>It is quite inconvenient to deal with all microscopic phase space densities.
We would rather have separate equations for them. This can be
achieved when observing that Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) is an equation for
<inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, putting <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the last expressions, which means
that we sum over all particle species <inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> including also <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (with
self-interaction excluded by the definition of the retarded time), we have</p>
      <p><?xmltex \hack{\newpage}?>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M69" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>∧</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Here <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while
<inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends on the dummy coordinates of all
particles <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> of integration and on the retarded time
<inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, in the <inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
integration all particles of sort <inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> are also included, with the exception of
the particle located at <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at time <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>The above Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) is the <italic>causal</italic> Liouville equation acting on
the microscopic <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-particle phase space density
<inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the presence of a large number of charged
particles interacting via their self-consistently generated electromagnetic
fields. It extends Klimontovich's equation to the correct inclusion of the
retardation effect of transmission of information between the particles via
electromagnetic fields.</p>
      <p>The inclusion of information transport between the interacting particles
substantially complicates the basic kinetic equation. It causes a delay in response, and thus refers to a natural measuring process in which the
particles are not only generators of the electromagnetic field but also
measure its effect over a causal distances accessible to them. The delay must
thus necessarily cause decorrelation of the response.</p>
      <p>There is another complication with this picture which comes into play when
considering large compounds of particles rather than single particles. Single
charged particles are assumed to move in the vacuum; the signal propagation
between them takes place at light speed <inline-formula><mml:math id="M80" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Immersed in the comparably dense
environment of all the other charged particles, any light or radiation experiences radiation transport, which is dominated by scattering,
reflection, transmission and absorption, processes that occur due to the
active response of the environment to the presence of radiation and depend on
the capabilities of the medium to let electromagnetic signals pass. In these
processes various proper electromagnetic modes excited in the medium become
involved. These are solutions of the dispersion properties of the matter.
Hence, correctly accounting for the signal transport becomes rather involved.
For this reason the theory even in this complex version applies to
sufficiently dilute media to allow the assumption of signal propagation in
a vacuum.</p>
      <p>In the following we will proceed along the same lines as
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.7"/> but will in the end refer to the above field
equations. This means that in defining the average distributions, we will
consider Liouville's equation without explicit reference to the fields.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <title>Average distribution functions</title>
      <p>Dealing with the causal <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle kinetic Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) is
impractical. One wants to reduce it to an equation for a one-particle
distribution function in 6-D phase space for indistinguishable particles of
sort <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This is done by integrating out in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E3"/>) all particle
coordinates <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Defining phase space coordinates
<inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle density becomes
          <disp-formula id="Ch1.E16" content-type="numbered"><mml:math id="M86" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Following <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.8"/>, let us define the one-particle
distribution of sort <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> of indistinguishable particles by

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M88" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E17"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          The <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle probability distribution <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends on all the particle
coordinates in phase space which have been integrated out in the last
expression, including <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the spatial volume of
particle <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e. the volume all indistinguishable particles occupy. With
its help the averaged phase space density yields directly
          <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><mml:math id="M94" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Here, the right-hand side is the ensemble-averaged one-particle phase space
density <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is a
functional only of the indistinguishable dynamics of the particles indexed by
<inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Accordingly, averaging the product of two phase space densities
<inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M99" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where the partial densities are defined as <inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the two-particle distribution function
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="paren.9"/>. In the same way, higher-order average products of
phase space densities can be reduced to sums of distribution functions.</p>
      <p>This procedure must be applied to the causal <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle kinetic
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>). This is a formidable task if using the <inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle
kinetic equation in its explicit form. As stated earlier, it is more
convenient to remain with the implicit versions of the Lorentz gauge
(Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E6"/>) and the retarded potentials in which we replace the charge
end current densities by the general expressions given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E2"/>).
From Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>), this yields

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M104" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          with the time taken as the retarded time <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> thus depending on the spatial
coordinate <inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is to be integrated out.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S5">
  <title>Causal one-particle kinetic equation</title>
      <p>These expressions are to be used in the Lorentz gauge (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E6"/>) when
expressing the electromagnetic fields in the <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-particle kinetic
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>). Formally, this is the same as if we used Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>)
directly in deriving the corresponding causal equation for the one-particle
distribution function of indistinguishable particles of sort <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. It is only
the electromagnetic fields in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) which depend on the retarded
time. Therefore, one can formally calculate the average to obtain

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M109" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E21"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="2.0em">〈</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">〉</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          The last term in this equation contains particles of kind <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> as well
as the retarded time coordinate. Nevertheless, by carefully ordering the
different contributions and variables of integration one can bring it into a
more convenient form. For this we indicate all integration variables by
primes <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and rename the retarded time variable by a superscript <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then
<inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. After expressing the last term in angular
brackets for the average phase space density, this yields :

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M115" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E22"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          In this version of the phase space (ensemble) averaged equation for the time
and one-particle phase space evolution of the (ensemble) averaged
one-particle phase space density <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the retarded time appears only in the averaged product. This
equation is the master equation for constructing the kinetic equation for the
particle distribution function. Defining the fluctuation of particle number
density as
<inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and referring to the correlation function <inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
defined through the average of the product of the fluctuations
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="paren.10"/>

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M119" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="-0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="-0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace width="-0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="-0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E23"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          we finally arrive at the desired causal kinetic equation:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M120" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E24"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          The interaction term on the right-hand side arises from the various
interparticle collisions which are mediated by the electromagnetic field.
From the above definition of the fluctuations and correlations, it is given
by

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M121" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E25"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p>Formally, these expressions, as claimed in the previous sections, are rather
similar to those which, for the non-retarded interactions, had already been
obtained by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.11"/>, with the main difference being that
here they are written in terms of the full electromagnetic field and contain
the spatial integration over all the remote particle space. Referring to the
full electromagnetic fields is necessary because of their role in the information transport and
maintenance of causality in absorber theory. The expressions above are, however, very
different from Klimontovich's because they account for the necessary causal relation between the
interacting particles, which is contained in their dependence on the retarded
time <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, by which the particles respond to the transport of information.
As a result of this response, the spatial integral appearing in these
expressions contains an integration over <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and thus also the primed space
coordinate <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This complicates the calculation substantially and in
an analytical treatment possibly requires the introduction of further
approximations. Nevertheless, the above final equation with the implicitly
given collision term extends Klimontovich's theory to the explicit reference
to causality.</p>
      <p>Referring to Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>) the collision term can also be expressed via
the fluctuations of the phase space density
<inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the
fluctuations of the electromagnetic fields
<inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
This yields

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M127" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>∧</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">〉</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where the average refers to the integration over all particle space <inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and all quantities still depend on the retarded time <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which requires
integration with respect to <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. It is, however, more convenient to make use
of the representation via the correlation function, in which case, from
Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E23"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) we have</p>
      <p><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M131" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">{</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E26"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          This is the general causal collision integral term including the interactions
between particles indexed by <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>From all these expressions one can again obtain an equation for the
fluctuation of phase space density <inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as well as for the
fluctuating fields expressed through the space charge density and current
fluctuations.</p>
      <p>With knowledge of the collision term on the right or some of its
approximations, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>) provides the basis for a linearized kinetic
theory to any order, including particle and time-retarded interaction
effects. For this, one defines the fluctuations of the one-particle
distribution function in the usual way as
          <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><mml:math id="M135" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where <inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the one-particle “equilibrium” distribution around
which the fluctuations occur. The distribution is either an equilibrium solution
of the stationary kinetic Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>) or some of its large-scale
solutions with scales exceeding those of the fluctuations such that the
average of the fluctuation taken over these scales <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
vanishes. Neglecting the collision term by putting <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
subtracting the fluctuation averaged kinetic equation, the causal
collisionless kinetic equation for the fluctuations then becomes

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M139" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.4}{8.4}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.4}{8.4}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">∇</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∧</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E28"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.4}{8.4}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>×</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><?xmltex \hack{$\egroup}?><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          This equation contains the correlations of the fluctuations <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, which are neglected in a linearized theory.</p>
      <p>Clearly, the above equations resemble the well-known approach to plasma
kinetic theory. It should, however, be pointed out that even when dropping
the collision term on the right in a Klimontovich–Vlasov approach in linear
theory, the retardation effect remains in the third term on the left-hand
side in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>), which is the lowest-order electromagnetic
field-charged particle interaction term.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S6" sec-type="conclusions">
  <title>Discussion</title>
<sec id="Ch1.S6.SS1">
  <title>Remarks</title>
      <p>The one-particle kinetic equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>) obtained here is
fundamental to all electromagnetic plasma interactions. Since these are
electromagnetic, the purely electrostatic approximation when applied must be
justified separately. This is not easy because in a strictly electrostatic
approach the field response is instantaneous, which contradicts
electrodynamics and relativity, on which it is based. It can be upheld if the
information transport occurs by electrostatic waves only but still requires
some assumption about the brevity of time delay. This assumption is that the
electrostatic fluctuations occur on a vastly longer timescale than the travel
time of light from the remotest position of particles. Thus, one restricts
oneself to sufficiently small plasma volumes in
which the information transport may occur without some remarkable delay.</p>
      <p>Under such conditions Klimontovich–Vlasov theory applies, and the
complications introduced by reference to the retarded time can be neglected.
On the other hand, in very large volumes like in cosmical and astrophysical
applications transport of information is provided by radiation transport and
becomes rather slow. Hence, remote volumes will not respond immediately and
not even within light-propagation time, which can then be treated again in
the simplified theory.</p>
      <p>However, the current investigation is necessary as a clarification of two
points: Firstly, that the interaction among different volumes in plasma in
principle cannot be considered to occur instantaneously. Secondly, the
inclusion of retarded times gives a clue to the direction of time – as
briefly discussed below – which in many-particle systems has only one
direction, forward. Events are delayed by information transport and thus
decorrelate even though they become relativistically synchronized by
accounting for the information transport. This should necessarily contribute
to dissipation because information becomes diffused by passing across the
plasma from one particle to another.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S6.SS2">
  <title>Direction of time</title>
      <p>Reference to the retarded potentials and the effect of emission and
absorption implies a distinction between advanced and retarded effects. This
in itself unexpectedly brings up the problem of direction of time, this time
not in electrodynamics like in absorber theory, but also and directly in the
microscopic theory of phase space evolution. The delayed and integrated
response of the charge and current densities at location <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and time
<inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> to the variation in the corresponding densities at all locations
<inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> takes account of causality and thus of the direction of
time. Ignoring the effect of time retardation, the original Liouville
equation is clearly symmetric in time. It does not distinguish between
processes proceeding forward and backward in time. This is one of the big
problems in physics, which possibly only resolves on a macroscopic level.
When making reference to signal retardation in absorber theory, this symmetry
might be broken from the retarded time Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) as suggested. By
replacing <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, one has
            <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><mml:math id="M146" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and thus, with constant velocity of light <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the negative retarded time
<inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> becomes advanced. In order to restore retardation as required by
the Wheeler–Feynman absorber theory, one needs to redefine the velocity of
light as <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In a time-symmetric many-particle theory, the negative
time direction would come into accord with absorber theory only under the
requirement that time velocity <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> is negative there, i.e. one has to take
the negative root <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. There is no obvious reason
why this should be imposed, and it thus becomes a philosophical question.
Should <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> be considered the inverse positive or negative root of the product
of susceptibilities of the vacuum, or should <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> be interpreted as a positive
speed, the speed of light, with reference to a distance travelled by time in
either positive or negative time?</p>
      <p>This question cannot be answered a priori. Absorber theory is restored in the
second case in the causal many-particle theory. When considering the vacuum
as a medium in which the dispersion of electromagnetic waves is described by
a dispersion relation <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, interpreting this as
the relation between photon energy and momentum, one has <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ℏ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">ℏ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Since photon energies should be real and
positive, a negative sign of the root implies negative wave numbers or
negative photon momenta and thus also spatial inversion.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S6.SS3">
  <title>Conclusions</title>
      <p>The present investigation extends Klimontovich's approach to kinetic plasma
theory to the inclusion of signal retardation effects. It applies to systems
of indistinguishable charged particles interacting via their self-consistent
electromagnetic fields. One can trivially extend it to the presence of
external fields like stationary or variable magnetic fields caused by
external sources.</p>
      <p>A number of points may be worth mentioning. First, the result looks simple as
it seems that simple replacement of time with retarded time would have been
sufficient to obtain it. This is true, but it is not proof for the result's
correctness. For this reason we have chosen to follow the derivation step by
step, which is the usual way of confirming a hypothesis. This required using
the basic equations derived by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.12"/> in his fundamental
approach; it also required reference to the famous absorber theory
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4 bib1.bibx5" id="paren.13"/> and the Liénard–Wiechert potentials on
which it was based. The result is, however, substantially more complicated
than Klimontovich's by the fact that the retarded time itself depends on the
primed space coordinate <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is an integration variable, and on
space itself. This complicates any calculation. The main physical consequence
is, however, that the retardation effect restricts applications to the domain
which in observation time can be accessed by the propagation of light. For
example, the observation of plasma waves in the Earth's foreshock at a
frequency of <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kHz implies that the observed source of
emission must have been located in a region of distance <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> km.
Though this is not a severe restriction for Langmuir waves, which are locally
excited, application to astrophysical conditions is more interesting. The
mechanism of the modulation of solar radio emissions at, say, 300 MHz with a
frequency of 10 Hz is restricted to a region substantially smaller than
30 000 km, which in any theory of such a mechanism must be taken into
account in the calculation. In galactic astrophysics, typical scales are
several parsecs, referring to times of a few lightyears,
which sets bounds on plasma mechanisms which could be evoked to participate
in a causal relation.</p>
      <p>The same procedure may also be applied to other classical fields since in all
interactions the transport of information from the agent to the absorber
takes time. This is the case in gases where sound waves or gravity waves can
be excited and these transport the information from one fluid element to
another place to affect the dynamics of other elements. In these cases it is
not the photons but phonons that transport energy and information.
Application to these systems lies outside the intention of the present work.</p>
</sec>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="dataavailability">

      <p>No data sets were used in this article.</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests">

      <p>The authors declare that they have no conflict of
interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgement</title><p>This work was part of a Visiting Scientist Programme at the
International Space Science Institute Bern in 2007. The interest of the ISSI
Directorate is acknowledged, as, and in particular, is the friendly
hospitality of the ISSI staff. Thanks are directed to the ISSI system
administrator S. Saliba for technical support and to the librarians Andrea Fischer
and Irmela Schweizer for access to the library and
literature.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\hspace*{4mm}}?> The topical editor, E.
Roussos, thanks P. Yoon for help in evaluating this paper.</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Jefimenko(1966)</label><mixed-citation>
Jefimenko, O. D.: Electricity and Magnetism: An Introduction to the Theory
of Electric and Magnetic Fields, Appleton-Century-Crofts, New York, 1966.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Klimontovich(1967)</label><mixed-citation>
Klimontovich, Y. L.: The Statistical Theory of Non-equilibrium Processes
in a Plasma, The MIT Press, Cambridge, MA, 1967.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Panofsky and Phillips(1962)</label><mixed-citation>Panofsky, W. K. H. and Phillips, M.: Classical Electricity and Magnetism,
Addison-Wesley, New York, 1962.
 </mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Wheeler and Feynman(1945)</label><mixed-citation>Wheeler, J. A. and Feynman, R. P.: Interaction with the absorber as the
mechanism of radiation, Rev. Mod. Phys., 17, 157–161,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.17.157" ext-link-type="DOI">10.1103/RevModPhys.17.157</ext-link>, 1945.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Wheeler and Feynman(1949)</label><mixed-citation>Wheeler, J. A. and Feynman, R. P.: Classical electrodynamics in terms of
direct interparticle action, Rev. Mod. Phys., 21, 425–433,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.21.425" ext-link-type="DOI">10.1103/RevModPhys.21.425</ext-link>, 1949.</mixed-citation></ref>

  </ref-list><app-group content-type="float"><app><title/>

    </app></app-group></back>
    <!--<article-title-html>Causal kinetic equation of non-equilibrium plasmas</article-title-html>
<abstract-html><p class="p">Statistical plasma theory far from thermal equilibrium is subject to
Liouville's equation, which is at the base of the BBGKY hierarchical
approach to plasma kinetic theory, from which, in the absence of collisions,
Vlasov's equation follows. It is also at the base of Klimontovich's approach
which includes single-particle effects like spontaneous emission. All these
theories have been applied to plasmas with admirable success even though they
suffer from a fundamental omission in their use of the electrodynamic
equations in the description of the highly dynamic interactions in
many-particle conglomerations. In the following we extend this theory to
taking into account that the interaction between particles separated from
each other at a distance requires the transport of information. Action needs
to be transported and thus, in the spirit of the direct-interaction theory as
developed by Wheeler and Feynman(1945), requires time. This is done by reference to
the retarded potentials. We derive the fundamental causal Liouville equation
for the phase space density of a system composed of a very large number of
charged particles. Applying the approach of Klimontovich(1967), we
obtain the retarded time evolution equation of the one-particle distribution
function in plasmas, which replaces Klimontovich's equation in cases when the
direct-interaction effects have to be taken into account. This becomes
important in all systems where the distance between two points |Δ<b><i>q</i></b>| ∼ <i>c</i><i>t</i> is comparable to the product of observation time and light
velocity, a situation which is typical in cosmic physics and
astrophysics.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Jefimenko(1966)</label><mixed-citation>
Jefimenko, O. D.: Electricity and Magnetism: An Introduction to the Theory
of Electric and Magnetic Fields, Appleton-Century-Crofts, New York, 1966.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Klimontovich(1967)</label><mixed-citation>
Klimontovich, Y. L.: The Statistical Theory of Non-equilibrium Processes
in a Plasma, The MIT Press, Cambridge, MA, 1967.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Panofsky and Phillips(1962)</label><mixed-citation>
Panofsky, W. K. H. and Phillips, M.: Classical Electricity and Magnetism,
Addison-Wesley, New York, 1962.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Wheeler and Feynman(1945)</label><mixed-citation>
Wheeler, J. A. and Feynman, R. P.: Interaction with the absorber as the
mechanism of radiation, Rev. Mod. Phys., 17, 157–161,
<a href="http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.17.157" target="_blank">doi:10.1103/RevModPhys.17.157</a>, 1945.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Wheeler and Feynman(1949)</label><mixed-citation>
Wheeler, J. A. and Feynman, R. P.: Classical electrodynamics in terms of
direct interparticle action, Rev. Mod. Phys., 21, 425–433,
<a href="http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.21.425" target="_blank">doi:10.1103/RevModPhys.21.425</a>, 1949.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
