Может ли магнитное поле существовать без электрического поля?

«Магнитное поле» — это концепция классической электродинамики. Уравнения Максвелла были разработаны в середине 19 века, когда фундаментальная атомная физика все еще находилась в зачаточном состоянии.

В современном историческом контексте постоянный магнит является прекрасным примером магнитного поля без электрического поля. В рамках теории классической электродинамики нет объяснения тому, почему существует магнитное поле, а только то, что оно действительно существует и как оно связано с электрическим полем. Постоянные магниты обладают магнитным полем как неотъемлемым фундаментальным свойством, подобным тому, по которому камни имеют массу. Они просто делают.

За последние полтора века были разработаны другие теории. Например , магнитное поле может быть объяснено специальной теорией относительности как сокращение длины, очевидно создающее дисбаланс заряда, поэтому можно сказать, что магнитное поле не существует как фундаментальное свойство, а скорее является проявлением электрического поля в движущейся системе отсчета. а квантовая физика объясняет постоянные магниты как движущиеся заряды в субатомных масштабах .

Таким образом, в контексте современной физики фундаментальное магнитное поле вообще не нужно, поскольку его можно объяснить в терминах электрического поля и движения.

Открытие магнитного монополя изменило бы это положение, но, хотя оно принесло бы элегантную симметрию существующим видам частиц, экспериментально пока не было обнаружено никаких свидетельств существования магнитного монополя.

Я предполагаю, что это вариант ответа квантовой спагеттификации, но очевидным примером является токовая петля , которая используется в электромагнитах с тех пор, как люди впервые открыли электричество.

Результирующего электрического поля нет , потому что количество положительных и отрицательных зарядов одинаково, поэтому их поля уравновешиваются. Однако существует магнитный диполь из-за движения электронов.

Нет, у вас не может быть магнитного поля без электрического поля. Рассмотрим стержень с равным количеством положительных и отрицательных зарядов (таким, что они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга). Пусть позитив движется влево со скоростью$v$и минус вправо со скоростью$v$. Это приведет к магнитному полю, но не к электрическому полю.

В каком-то смысле это простой вопрос, как указывали другие. Довольно просто построить примеры случаев с нулевым электрическим полем и ненулевым магнитным полем.

С другой стороны, это не тривиальный вопрос. Например, если в одном кадре вы видите только магнитное поле, то в другом кадре вы увидите магнитное и электрическое поля, которые смещаются при изменении скорости. Тогда есть пример эффекта Аронова-Бома. В этом случае у вас есть область, где и электрическое, и магнитное поля равны нулю, но электрон все еще чувствует электромагнитную силу.

Принципиальная вещь – четырехвекторный потенциал$A_\mu$. Электрические и магнитные поля представляют собой частные сочетания частных производных этого поля. это$A_\mu$это появляется в уравнениях, управляющих электромагнетизмом, таких как уравнение Максвелла или уравнение Дирака. В некоторых важных частных случаях мы можем игнорировать$A_\mu$и работать с$E_i$и$B_i$поля. Но фундаментальное понимание всегда будет основываться на$A_\mu$.

На уровне фундаментальных элементарных частиц ответ заключается в том, что, пока не обнаружены магнитные монополи, диполю магнитного поля нужна заряженная частица.

Электрон обладает магнитным моментом :

В атомной физике магнитный момент электрона или, точнее, магнитный дипольный момент электрона — это магнитный момент электрона, обусловленный присущими ему свойствами спина и электрического заряда.

Есть только пределы для магнитного момента нейтрино, нейтральной частицы с очень малой массой. Посмотрите мой ответ здесь для получения дополнительных ссылок на нейтрино.

В специальной теории относительности можно показать, что следующие величины являются инвариантными, т . е . истинны во всех системах отсчета:

Отсюда следует, что если в одной системе координат у вас есть ненулевые электрические и магнитные поля, которые перпендикулярны (так что$\mathbf{B}\cdot\mathbf{E} = 0$) такой, что$c^2 \mathbf{B}^2-\mathbf{E}^2 > 0$, то можно перейти в систему отсчета, где электрическое поле равно нулю, а магнитное поле не равно нулю.