Реальна ли электромагнитная масса?

В своих лекциях по физике, том II, глава 28-2, Фейнман вычисляет импульс поля движущейся заряженной сферы с зарядом. д , радиус а и скорость в . Он находит, что полный импульс в электромагнитном поле вокруг заряженной сферы определяется выражением:

п знак равно 2 3 д 2 4 π ϵ 0 в а с 2 .

Он называет коэффициент между импульсом поля, п , а скорость, в , электромагнитная масса:

м электричество знак равно 2 3 д 2 4 π ϵ 0 а с 2 .

Он утверждает, что эта электромагнитная масса м электричество необходимо добавить к стандартной «механической массе» сферы, чтобы получить общую наблюдаемую массу объекта.

Будет ли принята эта точка зрения большинством современных физиков?

Проводились ли какие-либо эксперименты, показывающие влияние дополнительной электромагнитной массы на динамику макроскопического заряженного объекта?

Я предполагаю, что проблема в том, что такой эффект будет достаточно большим, чтобы его можно было наблюдать только для заряженных частиц, таких как электроны. В этом случае было бы трудно отличить механическую массу, предположительно обусловленную полем Хиггса, от массы электромагнитной. Может быть, можно было бы провести эксперимент с высокой энергией/коротким масштабом на электроне, который исключил бы влияние электромагнитной массы?

Ответы (4)

Эта точка зрения не была бы принята современными физиками.

Заряженные частицы имеют механическую массу, импульс и энергию (покоя и кинетическую), а поля имеют энергию и импульс. Полная энергия сохраняется. Полный импульс сохраняется.

Есть ли случаи, когда имеет смысл представить импульс поля как дополнительный механический импульс? Конечно, рассмотрим статью «Электростатическая потенциальная энергия, приводящая к изменению инерционной массы для системы двух точечных зарядов» Тимоти Бойера в American Journal of Physics 46(4) 383-385 (1978); http://dx.doi.org/10.1119/1.11328

Это короткая статья, но суть в том, что если вы проигнорируете силы, с которыми заряды действуют друг на друга, то они могут вместе и коллективно действовать как частицы с различной массой. На самом деле существует более одной частицы, каждая из которых имеет свою массу, свою механическую энергию и свой механический импульс. А есть поля, как внешние, так и от каждого заряда. И поля вместе имеют энергию поля и импульс поля. И когда вы прикладываете силы к зарядам, каждая частица чувствует силу и соответственно меняет свою энергию и импульс, а также они обмениваются энергией и импульсом с полями, через которые заряженные частицы внутри системы также влияют друг на друга.

Так что дело не в том, что вы должны добавить импульс поля к простому механическому импульсу, чтобы получить какой-то общий механический импульс. Правильная физика состоит в том, что вам нужен общий импульс, который включает в себя весь механический импульс (т.е. γ м в → на каждую частицу массы м ) и весь импульс поля. И единственное допустимое отклонение состоит в том, что если вы хотите проигнорировать некоторые эффекты, вы можете попытаться избежать неприятностей, сделав это неправильно, пытаясь компенсировать это, настроив некоторые другие вещи.

Но будьте осторожны. Иногда люди выдумывают что-то в зависимости от фрейма. Например, с вашей заряженной сферой вы должны включить энергию связи, удерживающую заряд на сфере, прежде чем вы получите что-то, что является релятивистски ковариантным. Если включить все, то все работает. Но если вы включили все, у вас просто есть обычный механический импульс каждого заряда и общий импульс поля от общего поля. Или, что более вероятно, вы измеряете изменения импульса.

Кроме того, может быть важно, чтобы импульс был расположен в правильном месте по релятивистским причинам.

эта электромагнитная масса м электричество необходимо добавить к стандартной «механической массе» сферы, чтобы получить общую наблюдаемую массу объекта.

 Будет ли принята эта точка зрения большинством современных физиков?

Это неправильная идея. Почему?

Нет причин (в данном случае) считать количество м электричество , определяемый исходя из импульса ЭМ, распределенного во всем бесконечном пространстве, к полной массе шара.

С м электричество представлен в сеттинге, где движется сфера, давайте подумаем об этом сеттинге. Предположительно идеи, лежащие в основе подсчета м электричество в качестве вклада в инерционную массу примерно такие:

  1. когда внешняя (неэлектромагнитная) сила Ф доб. действует на заряженный шар, уравнение движения шара можно записать в виде

д д т ( γ м мех в ) знак равно Ф доб. + Ф эм.стресс
куда м мех - механическая масса незаряженного шара и Ф эм.стресс является ЭМ самосилой, действующей на сферу за счет собственных зарядов и выражаемой тензором напряжений Максвелла.

  1. Эм. сила напряжения может быть выражена как

Ф эм.стресс знак равно − д п Пойнтинг д т

куда п Пойнтинг — импульс Пойнтинга (интеграл плотности импульса Пойнтинга) поля вне сферы.

  1. п Пойнтинг по крайней мере для низких скоростей, прямо пропорциональна скорости шара, аналогично механическому импульсу:
    п Пойнтинг знак равно м Эм в

куда м Эм – коэффициент, зависящий от заряда и размера шара. Она была названа электромагнитной массой .

Вместе эти 3 идеи приводят к выводу, что заряженная сфера имеет большую массу.

Идея 1. верна в макроскопической теории; это формулировка уравнения движения при наличии электромагнитных и неэлектромагнитных сил.

Идея 2. верна только при условии, что поток ЭМ импульса в бесконечность или из бесконечности равен нулю. Это верно, если поле является электростатическим вне некоторой воображаемой сферы, содержащей рассматриваемую материальную сферу. Конечно, это можно считать правдой, поскольку у нас нет доказательств обратного — кто знает, что там. Тем не менее, это особое предположение, не основанное на опыте.

(Импульс ЭМ вне сферы не имеет непосредственной связи с движением сферы. Если вы думаете, что скорость изменения п Пойнтинг дает минус скорость изменения остаточного импульса в сфере и внутри нее, это неоправданно, потому что мы не знаем, что полный импульс мира постоянен - ​​это зависит от состояния поля на бесконечности и не является частью теория.)

Идея 3. справедлива только до тех пор, пока сфера движется прямолинейно. При таком движении инерционная масса шара никак не проявляется. Сфера должна быть подвергнута внешней силе, и необходимо измерить изменение ее скорости. При изменении скорости ЭМ поле в системе наблюдения перестает быть полем прямолинейно движущейся сферы, а содержит рябь. Это означает, что формула в 3 больше не оправдана и в большинстве случаев будет недействительной.

Это означает, что идея массы ЭМ, основанная на импульсе ЭМ поля снаружи, ошибочна. Это также не нужно, так как у нас есть уравнение движения (см. 1.), которое можно использовать для моделирования движения сферы (только с нормальной механической массой).

Однако это не означает, что электромагнитной массы не существует; только то, что в данном конкретном случае он был рассчитан недопустимым образом.

Системы зарядов, которые некоторое время остаются вместе и имеют ненулевую ЭМ-энергию, распределенную в их окрестности, испытывают дефект массы (положительный или отрицательный) из-за взаимного ЭМ-взаимодействия. Например, положительная и отрицательная частицы, расположенные близко друг к другу, будут иметь положительный дефект массы - меньшую инерционную массу, чем сумма их механических масс.

Проводились ли какие-либо эксперименты, показывающие влияние дополнительной электромагнитной массы на динамику макроскопического заряженного объекта?

Я так не думаю.

Не могли бы вы уточнить, откуда вы взяли свои уравнения движения? Насколько я понимаю, сохранение импульса задается как en.m.wikipedia.org/wiki/Maxwell_stress_tensor , где f - скорость изменения механического импульса, термин напряжения - это импульс, входящий в границу некоторой поверхности (иначе сила, действующая на поверхность ), а затем ds/dt — увеличение импульса поля в объеме. То, как вы настроили свой ответ, похоже, указывает на то, что − мю 0 ϵ 0 ∂ С → ∂ т является " Ф е Икс т "можете уточнить?
Я знаю, что это уменьшение некоторого импульса, который обычно является силой, поскольку, очевидно, ваш ответ говорит о его неэлектромагнитной силе (как если бы это была электромагнитная сила, этот термин не был бы силой). Это просто кажется немного волнистым, чтобы утверждать, что это Ф е Икс т
Уравнение движения исходит из 2-го закона движения в его релятивистском варианте: скорость изменения релятивистского импульса равна сумме всех сил. В этом случае у нас есть электромагнитные силы и неэлектромагнитные силы, которые я назвал Ф е Икс т .

Как вы можете понять из учебника, этот «импульс поля» движется в соответствии с уравнениями Максвелла, где электрон представляет собой обычный точечный заряд. А заряд движется по своему механическому уравнению с феноменологической (экспериментальной) массой. Так что к последнему ничего добавлять не надо - все и так ОК. Когда к экспериментальной массе добавляют электромагнитную массу, в уравнение вносится ошибка. Решения становятся плохими. Чтобы исправить эту ошибку, добавляют также «голую массу» противоположного знака, чтобы отменить электромагнитную массу. Таким образом, от него в уравнениях ничего не остается. Могу смело сказать, что электромагнитной массы нет. Но есть электромагнитный дефект массы из-за взаимодействия (а не из-за "самовоздействия").

Итак, вы говорите, что для заряженных частиц электромагнитная масса уже включена в измеренную массу. А как насчет макроскопического заряженного шара — его масса чуть-чуть больше, чем у такого же незаряженного шара?
@JohnEastmond: Да, для пары зарядов есть понятие энергии взаимодействия , и оно реально (кулоновское взаимодействие). Он вносит вклад в общую массу системы и известен как дефект массы.
@JohnEastmond: Нет, электромагнитной массы точечной частицы не существует. Он не включен, он исключен при включении, извините за каламбур. Исключается с голой массой, которой тоже нет. Ни одно выражение не содержит этих масс, поэтому они не существуют.
Итак, если электрон движется внутри заряженной сферической оболочки, будет ли его эффективная масса включать энергию взаимодействия между ним и оболочкой? Зарядив оболочку, скажем, до 1 МВ, изменение эффективной массы электрона можно было бы легко измерить, скажем, в экспериментах по магнитному отклонению. Интересно, проводился ли такой эксперимент?
@JohnEastmond: От взаимодействия компонентов системы зависит общая масса системы. Массы составляющих остаются нетронутыми; они не просто аддитивны для получения общей массы.
Но в случае электрона, движущегося внутри заряженной оболочки, обнаруживается, что вне оболочки существует повышенный импульс поля, пропорциональный скорости электрона. Плотность импульса поля определяется перекрестным произведением большого радиального электрического поля из-за оболочки и магнитного поля движущегося электрона. Конечно, этот импульс поля должен быть добавлен к механическому импульсу электрона?
Если это импульс поля , почему его следует приписывать механическому импульсу электрона?

« Приняло бы эту точку зрения сегодня большинство физиков? »

Нет, не было бы!

Почему бы и нет? Потому что Томсон в 1881 году, а значит, и Фейнман, и все КМ, использующие вывод Томсона, нарушают закон сохранения энергии.

Томсон, Фейнман и КМ незаслуженно игнорируют в своих выводах в Лекциях по физике, том II, гл. 28-2 , 1/3 электромагнитной массы.

Нарушение закона сохранения энергии Томсоном, Фейнманом и КМ в целом продемонстрировано в разделе 4 «Электромагнитная масса» статьи « Эквивалентность магнитной и кинетической энергии ».

Эта ошибка также является источником знаменитой задачи 4/3 в физике!

Реальна ли электромагнитная масса?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v