Скорость электромагнитных взаимодействий

Мы знаем, что электромагнитные волны летят со скоростью света, но мой вопрос не о волнах. Рассмотрим очень сильный электромагнит, создающий сильное поле на расстоянии 3 м. Затем мы посылаем протон, разогнанный почти до скорости света, чтобы он пролетал мимо. Протон взаимодействует с полем магнита и отклоняется.

Поле создается электронами в проводе электромагнита. Взаимодействие протона с полем представляет собой квантовый обмен энергией, импульсом и т. д. между протоном и этими электронами. Назовем ли мы эти обмены «опосредованными виртуальными фотонами» или нет, здесь не так уж важно. Мой вопрос о скорости этих обменов.

Каковы текущие взгляды на сроки этих обменов? Являются ли они мгновенными или ограничены скоростью света? Если бы они были мгновенными, не причинили бы они вреда здоровью, передавая информацию и энергию быстрее скорости света?

Если обмен происходит со скоростью света, возникает ряд проблем. Во-первых, обмены должны быть направленными. Скажем, если электрон в проводе испускает «виртуальный фотон» в направлении протона, то к моменту прибытия «виртуального фотона» протон будет находиться на расстоянии 3 метров от этого места. Таким образом, электронам придется целиться в будущее положение протона, чтобы поразить его. Это не имеет смысла и, вероятно, является одной из причин, почему модель «виртуальной частицы» не пользуется популярностью. Во-вторых, виртуальный фотон должен был бы существовать в течение наносекунды, что сильно ограничило бы его энергию в соответствии с принципом неопределенности.

Может ли кто-нибудь прояснить фактическую физику электромагнитных взаимодействий с точки зрения времени? Под физикой здесь я подразумеваю физические наблюдаемые явления, то, что мы можем измерить. Использование квантовых полей математических вероятностей допустимо, если они связаны с наблюдаемыми значениями.

Re: не стесняйтесь заменить там электромагнит статическим зарядом. Но заряд и магнитный диполь - это совершенно разные вещи. В кулоновской калибровке имеем уравнение Δ ф "=" − 4 π р без каких-либо производных по времени, что означает мгновенное распространение ф . Но нарушения причинности нет, так как заряд является сохраняющейся величиной и в любой момент времени будет один и тот же заряд (никакая информация не передается сверхсветовым путем). Магнитный диполь не является сохраняющейся величиной, его можно включать и выключать, чтобы информация о нем распространялась со скоростью света…
… Между прочим, теоремы физики черных дыр об отсутствии волос являются хорошим индикатором скорости распространения: поля, несущие информацию о массе (гравимонополь), угловом моменте (гравимагнитный диполь) и заряде, распространяются мгновенно, поэтому у них нет проблем побег из черной дыры. Однако информация о магнитном дипольном моменте распространяется со скоростью света, поэтому черная дыра не имеет независимого магнитного дипольного момента (у нее есть индуцированный перетаскиванием фрейма магнитный диполь, пропорциональный заряду и спину). Этот вариант без волос, IIRC, принадлежит Дж. Бекенштейну.
Таким образом, отдача статического заряда задерживается на скорость света относительно отклонения. И если мы изменим систему отсчета, чтобы сделать другой заряд статическим, ситуация изменится на противоположную в соответствии с относительностью одновременности. Понял, спасибо! Интересный взгляд на черные дыры. Я прекрасно понимаю, и это довольно элегантно. Интуитивно это также должно быть эквивалентно снаружи всей материи и зарядам, расположенным на горизонте.
Вот соответствующий документ на эту тему: arxiv.org/abs/gr-qc/9909087 . Хотя в названии говорится о «скорости гравитации», в нем есть раздел об ЭМ в качестве разминки.
@AVS Спасибо! У меня был вопрос, основанный на этой самой статье :) Тоже без хорошего ответа: physics.stackexchange.com/questions/492870/…

Ответы (1)

Виртуальные фотоны — это прежде всего математическая концепция, используемая для упрощения расчетов взаимодействия некоторых частиц. Они не реальны физически — отсюда и название — но иногда они могут помочь в размышлениях о взаимодействии.

Что касается вашего электромагнита, то если магнит уже был включен до прихода протона, то поле уже существовало и является статичным, поэтому не имеет значения, когда прилетит протон. Чтобы использовать виртуальную фотонную картину, статическое поле создается объектом, постоянно испускающим виртуальные фотоны во всех направлениях, независимо от того, существует ли другой объект, который может их перехватить. Итак, когда протон проходит мимо магнита, там уже есть виртуальные фотоны, которые отталкивают его в сторону.

Если поле изначально выключено, то оно должно быть включено как минимум г / с секунд до прибытия протона, где г - расстояние от электромагнита до пути протона через поле и с это скорость света. Когда электромагнит включается, создаваемое им поле устанавливается в точке с задержкой, обусловленной скоростью света.

Спасибо за ответ, но он не отвечает на мой вопрос о времени с точки зрения физических наблюдаемых. Я не верю в то, что заряд постоянно «выбрасывает виртуальные фотоны». Это просто не имеет смысла, особенно если учесть, что их не существует. Не верю и в идею «поля», так как она не наблюдаема на квантовом уровне. Когда происходит взаимодействие, происходит обмен энергией и импульсом, которые можно наблюдать. Каково время этого обмена между двумя заряженными частицами? Одновременно? Мгновенное? Задержка со скоростью света? Направленный? Было бы здорово, если бы вы разъяснили :)
@safesphere Я не уверен, что вы подразумеваете под «поля не наблюдаемы на квантовом уровне». В квантовой теории поля поля — это все , что существует. Отдельные частицы представляют собой устойчивую рябь в полях. Например. существует единственное электронное поле, охватывающее всю вселенную. Каждый электрон представляет собой рябь/волну в этом поле. Электронное поле может взаимодействовать с электромагнитным полем (колебаниями которого являются фотоны), поэтому электроны обладают электрическим зарядом, создающим вокруг себя заметное электрическое поле.
«Существует» означает разные вещи в математике и в реальности. Квантовые поля «существуют» только в воображении. Они не существуют в физическом смысле, потому что это поля вероятности , являющиеся математической абстракцией. Вы можете использовать их для предсказания распределения электронов, которые нужно обнаружить , но наблюдаемыми здесь являются электроны, а не поля. Точка зрения «только поля», кажется, представляет собой возникающую профессиональную опасность потери физической реальности за формулами :) См. этот идеальный ответ: physics.stackexchange.com/questions/360902/…
@safesphere Учитывая, насколько странной оказывается природа и насколько успешно математические формулы предсказывают, что делает реальность, я не решаюсь назвать волны и поля воображаемыми. Возможно, математическая абстракция — лучший способ добраться до реальности, которая так далека от нашего повседневного опыта. Если формулы, которые позволяют нам предсказывать распределение обнаруженных электронов, говорят, что они движутся как волны до обнаружения, то точное предсказание окончательного распределения обнаруженных электронов придает вес реальности волн.
@safesphere В ответе Анны, на который вы ссылаетесь, следы в пузырьковой камере сделаны частицами высокой энергии, которые, по прогнозам, будут действовать как частицы из-за их очень короткой длины волны (большой импульс).
Извините за небольшую задержку ;) Последнее уточнение, если позволите :) Когда протон взаимодействует с полем и отклоняется, концептуально возникает всплеск тока в проводе электромагнита. Каково время этого всплеска по отношению к моменту отклонения? Вряд ли мгновенно, так что, возможно, задержка в наносекундах? Как можно объяснить эту задержку? Виртуальные фотоны, движущиеся от точки отклонения к электронам в проводе? Или какой-то другой механизм? Спасибо!
@safesphere В кадре покоя электромагнита встречный протон, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, будет иметь очень слабое электрическое поле, пока не окажется в непосредственной близости от магнита. Он задерживается со скоростью света, подобно тому, как вы не можете услышать самолет, летящий со скоростью, близкой к скорости звука, до тех пор, пока он не достигнет вас — звук не может уйти далеко впереди самолета. Какой бы эффект протон ни оказал на электромагнит, он возникнет после задержки, равной скорости света, после отклонения. Кроме того, отклоненный протон будет давать реально обнаруживаемые фотоны (посмотрите на циклотронное излучение).
@safesphere Не путайте виртуальные фотоны, которые представляют собой математическую концепцию, используемую для превращения простых диаграмм в расчеты вероятностей, с тем, что происходит в реальности.
Скорость электромагнитных взаимодействий
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v