Является ли направление электрического поля относительно магнитного поля в электромагнитной волне соглашением?

Если бы вы изменили направление магнитного поля на приведенном выше рисунке, это описывало бы распространение света в противоположном направлении — так что нет, таким образом, его направление не является условным.

Однако важно помнить, что направление магнитного поля является соглашением на более фундаментальном уровне. Он представляет собой ориентированную плоскость, перпендикулярную ее направлению, с помощью правила ориентации. Если бы мы все решили использовать «правило левой руки» вместо правила правой руки для векторного произведения, тогда магнитное поле было бы направлено в противоположном направлении. Это бивекторное или псевдовекторное поле.

Электрическое поле является истинным векторным полем. По крайней мере, в трехмерном описании, которое само по себе является (очень приличным) соглашением, пока мы признаем, что эта картина зависит от нашей системы отсчета.

В четырехмерной картине электрическое и магнитное поля можно понимать как единое бивекторное поле, так что выбор системы отсчета определяет разбиение этого бивектора на независимые «временоподобные» (электрические) и «пространственноподобные» (магнитные) плоскости.

Это может быть больше, чем вы изначально искали, но я думаю, что этот вопрос является хорошей отправной точкой для многих других вариантов представления, которые мы делаем в физике.

Направление полей электромагнитной волны не является условным, а определяется уравнениями Максвелла . Для частного случая плоской электромагнитной волны угловой частоты$\omega$в вакууме, что может быть представлено картинкой, которую вы разместили, уравнения Максвелла требуют, чтобы волновой вектор$\boldsymbol{k}$, электрическое поле$\boldsymbol{E}$и плотность магнитного потока$\boldsymbol{B}$подчиняться отношениям (точка представляет скалярное произведение, а крестик - векторное произведение)

Это значит, что$\boldsymbol{k}$,$\boldsymbol{E}$и$\boldsymbol{B}$являются тремя ортогональными векторами и что направление любого из них определяется двумя другими. Поэтому нет, вы не можете отразить магнитное поле на картинке.

Обратите внимание, что если бы можно было отразить только магнитное поле, то путем суперпозиции вы смогли бы построить волну с ненулевым электрическим полем, но нулевым магнитным полем.

Стрелки указывают в «положительном» направлении полей. Какое направление является «положительным» — произвольно (можно сказать, что «положительное» направление в электрическом поле — в направлении, в котором электрическая потенциальная энергия положительно заряженной частицы возрастает, но какой заряд является «положительным» — это само по себе условность). ). Более того, эти условности выбираются независимо. Однако, как только эти соглашения выбраны, направления полей для электромагнитной волны становятся фиксированными. Поэтому, если вы спрашиваете, можно ли было выбрать соглашения, чтобы магнитное поле было перевернутым, ответ будет «да». Если вы спрашиваете, можем ли мы перевернуть магнитное поле, не затрагивая никаких других соглашений в физике, ответ будет «нет».

B определяется выражением силы Лоренца. В ковариантной записи это записывается как$f^\nu = j_\mu F^{\mu\nu}$, где

${\displaystyle F^{\mu \nu }={\begin{bmatrix}0&-E_{x}/c&-E_{y}/c&-E_{z}/c\\E_{x}/c&0&-B_{z}&B_{y}\\E_{y}/c&B_{z}&0&-B_{x}\\E_{z}/c&-B_{y}&B_{x}&0\end{bmatrix}}.}$

Это можно рассматривать как определение силы Лоренца как$\vec f = q \vec E + q \vec v \times \vec B$, а также$\vec E$и$\vec B$.

Можно заменить B на -B или E на -E. Это было бы бесполезно, поскольку измеримые физические величины, такие как силы и энергии, не изменились бы. Учащимся придется выучить громоздкие определения вроде «$\vec E$противоположна силе, приходящейся на один заряд» .

Электроны в стержне антенны, ускоренные в одном направлении, испускают фотоны с одинаковым вращением компонентов электрического и магнитного поля. Это очевидно, поскольку приемные антенны могут быть сделаны из стержня для приема изменяющегося электрического поля или могут быть сделаны из кольца (доступно только в немецкой вики) для приема магнитного поля. Если бы электроны были ускорены в одном и том же направлении, они бы вращались по часовой стрелке и против часовой стрелки, и нельзя было бы использовать магнитную составляющую (поскольку обе вариации взаимно компенсируются).

Я не уверен, но думаю, что протоны и позитроны будут иметь спин, противоположный электронам и антипротонам. Разъяснение от специалистов будет приятно.