Являются ли постоянные магниты релятивистским эффектом?

Связь между электромагнетизмом и специальной теорией относительности всегда поражала меня, но я еще не до конца понял.
Заблуждения и противоречия, кажется, широко распространены, и они не позволяют легко понять всю картину, если ваш фон недостаточно силен. Иногда вы слышите : «Это две стороны одного и того же, как для пространства и времени, или массы и энергии» , или что «магнетизм — это просто электричество, рассматриваемое с другой точки отсчета» , или «магнетизм — это просто квантовый эффект, а также электричество» .
Насколько я понимаю, все они могут быть правдой, а могут… нет.
Я'
Хотя я нашел его очень иллюстративным и хорошо изложенным, я действительно не уловил связи и заставил меня хотеть узнать больше (вероятно, это было намерением), потому что темы были представлены на интуитивном уровне, не слишком заботясь о том, как и почему вещи ведут себя сюда.
Сериал начинается со вступительной фразы «Магнетизм и электричество — это разные стороны одного и того же» , затем показывает «Магнетизм — это просто электричество из другой системы отсчета» и завершается «Магнетизм — это квантовый эффект» (в видео с постоянным магнитом) .
Особенно при представлении постоянных магнитов видео, кажется, делает разные предположения и делает противоречивые заявления.
Он начинается с введения спинового магнитного момента частицы, обращаясь к нему как к «технической чепухе, чтобы помнить, что частицы с электрическим зарядом также обладают магнитным моментом» , но страница Википедии по этой теме сообщает об обратном : «Частица может иметь спиновый магнитный момент, не имеющий электрического заряда. Например, нейтрон электрически нейтрален...".
Ну, это не совсем наоборот, но это мешает нам сказать, что магнитный момент частицы связан с зарядом, следовательно, с электричеством.
Так что я действительно не могу осветить эту тему, возможно, слишком продвинутую для меня.
Но любопытство съедает меня, и я хотел бы знать,
"Является ли тот факт, что постоянные магниты являются тем, чем они являются, доказательством того, что магнетизм не всегда связан с электрическими свойствами системы и определяется ими?
" в большем масштабе?» или «Является ли магнетизм свойством частицы точно так же, как и ее заряд, что делает его квантовым свойством?
»

Существует дискуссия Дэниела В. Шредера под названием « Магнетизм, излучение и относительность». Это количественная дискуссия, специально написанная, чтобы быть максимально доступной. Шредер упоминает, что подход, который он использует, восходит к 60-м годам, опубликованным в учебнике «Электричество и магнетизм» Эдварда М. Перселла.
@Cleonis: заметки Шредера выглядят красиво, но в них ничего не говорится о постоянных магнитах, о чем этот вопрос.
Одна из частых реакций, которые я наблюдаю у людей, которые были впечатлены первоначальным прочтением Перселла или подобной трактовки, заключается в том, что они думают, что это значит больше, чем на самом деле. Например, иногда у них создается впечатление, что предполагается возможность свести любой пример, связанный с магнетизмом, к чисто электрическому примеру, просто изменив систему отсчета. Все, что мы на самом деле узнаем из такого рода вещей, — это кое-что о форме уравнений Максвелла.
@BenCrowell спасибо за ваш комментарий. Я всегда был заинтригован лечением Перселла,

Ответы (1)

Идея о том, что магнетизм — это электричество, рассматриваемое с другой точки зрения, помогает, но она немного неполна.

Что вам действительно следует иметь в виду, так это то, что электричество и магнетизм — это одно и то же явление: электромагнетизм.

Рассмотрим повышение в вдоль Икс ось системы отсчета, в которой у нас есть электрические поля Е и магнитные поля Б . Поля в усиленном фрейме становятся (вы можете найти доказательство в большинстве учебников E&M для студентов, например, в лекциях Фейнмана)

Е Икс ′ "=" Е Икс
Б Икс ′ "=" Б Икс
Е у ′ "=" γ ( Е у − в Б г )
Б у ′ "=" γ ( Б у + в с 2 Е г )
Е г ′ "=" γ ( Е г + в Б у )
Б г ′ "=" γ ( Б г − в с 2 Е у )

Здесь γ "=" ( 1 − в 2 с 2 ) − 1 2 — обычный фактор Лоренца. Это не так просто, как превращение электрических полей в магнитные. Это больше похоже на то, что оба смешиваются вместе.

Этот закон преобразования справедлив для любого электромагнитного поля, в том числе и для поля постоянного магнита. Если вы выстрелите в постоянный магнит очень быстро, он создаст электрическое поле (вспомните закон Фарадея).

Это должно ответить на ваши первые два вопроса. Впрочем, и третье тоже почти верное утверждение. Спиновый магнитный момент возникает в квантовой теории поля. Это связано с тем, что у нас есть множество различных способов построения «волновых функций» для релятивистских частиц.

Когда мы их строим, нам обычно нужно наложить закон преобразования при преобразованиях Лоренца, и это приводит к квантовому числу, которое мы называем спином (поскольку эти преобразования являются матрицами и могут иметь только целое число измерений).

Сами по себе частицы в конечном итоге сохраняют только сумму полного спина и углового момента, поэтому мы говорим, что спин — это форма углового момента. Однако, когда мы связываем эти «волновые функции» с электромагнитным полем, частицы в конечном итоге реагируют на него так же, как магнит с магнитным моментом, пропорциональным этому квантовому числу спина.

Так что я бы не сказал, что спин по своей сути является квантово-механическим, но он присущ формализму теории поля, на котором мы строим квантовую теорию поля.

КТП вступает в игру фундаментальным образом, когда соответствующие энергии сравнимы с массой частиц. Однако даже для электронов низкой энергии (энергия << 0,5 МэВ) спиновые эффекты присутствуют и хорошо описываются уравнением Паули, которое не является ни релятивистским, ни частью КТП.
@GiorgioP правда, но тогда вы постулируете вращение через его алгебру вместо того, чтобы позволить ему появиться из алгебры Ли преобразований Лоренца
Являются ли постоянные магниты релятивистским эффектом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v