Этот эффект хорошо описан в учебнике И. В. Савельева «Курс общей физики», где рассказывается, как из двух участников одного процесса сделать две равноправные системы:
«… исходя из закона Кулона и релятивистских соотношений, рассмотрим следующий эффект. Пусть имеется бесконечная линейная цепочка точечных зарядов одинаковой величины е, отстоящих друг от друга на очень малый отрезок l_0 (рис.45.2). В силу малости l_0 можно говорить о линейной плотности заряда λ_0, которая, очевидно, равна
λ_0=е/ l_0. (45.2)
Приведем заряды в движение вдоль цепочки с одинаковой скоростью u. тогда расстояние между зарядами сократится и станет равным
l=l_0√1-u^2/c^2»
(Просим прощения за внешний вид фотографии. Но что делать, если подрастающие поколения тоже очень интересуются наукой. :) )
Напомним, что скорость движения u электронов в проводнике очень маленькая, соответствует утверждению релятивистов о том, что при малых скоростях совершается переход к классической физике, и, собственно, дальнейшие объяснения уже ни о чем. Расстояния между зарядами даже при движении вдоль цепочки останутся теми же самыми. Да и скорость заряда не ахти какая бывает. Но объяснения, сами по себе, очень интересные.
Давайте попробуем эту цепочку изобразить, и ее же, только двигающуюся вдоль самой себя.
теперь в движении
Обычно, скорость бывает относительно чего-нибудь, в данном случае, получается скорость u – это скорость зарядов относительно себя неподвижных. Очень интересно. Другими словами, всегда можно определить подвижен ты, или нет, по изменяющимся расстояниям между эритроцитами.
Далее, у нас появляется вторая цепочка, заряды движутся в другую сторону с той же скоростью u, и еще там у нас был отдельный заряд q, движущийся параллельно бесконечному прямому току со скоростью v_0:
Чтоб, немного облегчить себе задачу, давайте будем считать, что отдельный заряд q, движется вдоль проводника. И заодно, цепочка зарядов движется относительно него же. Тогда становиться проще и с определением скорости u.
Правда, «эффект Эйнштейна» становится немного лишним, а у нас образуется три "системы":
1. движущаяся вдоль проводника цепочка зарядов (u), она же движется относительно заряда q (u± v_0);
2. неподвижный проводник;
3. движущийся относительно проводника отдельный заряд (v_0), и он же движущийся относительно цепочки (u± v_0).
Что характерно для этого описания, так это то, что пока везде в релятивизме меняются время, пространство, масса, длина стержня – скорости всегда одинаковые во всех системах, а здесь возможен вариант когда
То есть, скорость частицы, измеренная в другой системе может оказаться другой. В данном случае, другая система, это система самой частицы (заряд q), а относительно самой себя она (вопреки «эффекту Эйнштейна», когда могла бы двигаться вдоль самой себя, как заряды цепочки) не движется, вот ее скорость и равна нулю.
Но сила на заряд, все равно, воздействует (действие силы в наличии, а заряд все неподвижен). Причем, в системе проводника: из системы проводника на заряд действует сила F, а в собственной системе заряда на него действует сила F'. Которая, согласно формуле, больше силы F.
Ну, это известный эффект Эйнштейна: в подвижной системе все растет, и масса, и длины, и энергия. Почему бы и силе не вырасти. Правда, в данном случае, «рост» наблюдается в «неподвижной системе» заряда. Не надо никаких полиспастов, рычагов – красота. То есть, если мы в классической физике двигали тележку с некой силой F=ma, то при большей массе тележки с той же силой никуда бы ничего не сдвинули, а в релятивизме при росте массы все двигается замечательно. Правда, за счет чего растет сила тут не совсем понятно, поскольку заряд, в отличие от массы, инвариантен.
Более того, из системы проводника сила «направляется» магнитная
а к «месту» прикладывается электрическая:
Теперь же, у нас вместо заряда проводник движется вместе с током, поэтому к заряду «прикладывает» другую силу. И наши три системы становятся немного другими
1. движущаяся цепочка зарядов (u), она же движется относительно заряда q (u±v_0);
2. подвижный проводник (v_0), относительно цепочек движется со скоростью (±u)
3. неподвижный заряд q.
Если сравнить три первые системы с тремя вторыми, то быстро выяснится кто именно виноват в том, что в одном случае сила магнитная, а в другом – электрическая. Это проводник. При неподвижном проводнике происходит магнитное воздействие, а при подвижном – электрическое.
Другими словами, при переходе из одной системы в другую меняется не только модуль силы, но и характер силы. Правда, это немного противоречит принципу относительности. Согласно принципу относительности, они должны быть одинаковыми в обеих системах. Но именно этот принцип и доказывается с помощью данных рассуждений, поскольку вне релятивизма тоже происходят разные неравноправия. Неравноправия и там, и там – это и есть принцип относительности.
Собственно, равноправия между двумя разными участниками одного процесса и не может быть. Заряд q всегда считается неподвижным, и таковым является, иначе на него не могла бы действовать сила величиной F', и она не могла бы иметь «чисто электрическое происхождение». И в общем, от системы заряда ничего не зависит.
Проводник может считаться как неподвижным, и продуцировать силу F магнитного происхождения; а может считаться подвижным, и продуцировать силу F' электрического происхождения. То есть, в системе проводника сосредоточены обе силы, но в другой системе из них действует всегда только одна. Таким образом, и от системы проводника тоже ничего не зависит, просто возникающие магнитные силы, когда проводник считается неподвижным - это что-то вроде побочного эффекта. А если его таковым не считать, то и магнитных сил не возникает.
Вот бы и в жизни так: ткнул пальцем в котлету (ma), а она бы не смялась, а поджарилась (Т). Поскольку, с точки зрения котлеты, ее молекулы пришли бы в движение, и их температура бы возросла, ну и масса бы увеличилась заодно. Ну, она творческая личность - она так видит. Называлось бы: «эффект Гарри Поттера».
P/S: просьба не путать с принципом относительности Галилея, когда в разных системах одинаковые процессы при одинаковых условиях происходят одинаково. Например, проводник с током действует на заряд в некой системе с силой F. А точно такой же проводник, на точно такой же заряд, но находящиеся в другой системе, действует с такой же силой F.
PP/S: Честно сказать, у нас у самих от этой галиматьи мозги начали несколько заворачиваться. Поэтому мы сейчас попробуем коротенько пояснить, что происходит.
В равноценных системах, одинаковые процессы происходят одинаково без всяких ухищрений. Возьмите два одинаковых проводника с одинаковым током, и двигайте их относительно друг друга, как угодно. И воздействовать, и взаимодействовать они будут совершенно равноценно. То есть, обе системы должны иметь одинаковые способности и возможности.
Проводник и заряд – это совершенно разные вещи. У них и разные возможности воздействия, и разные способности воспринимать. Доказывать, что это одно и то же, во-первых, бессмысленно. Например: ложка доносит – рот жует. Может, и можно доказать, что рот доносит, а ложка жует, но смысла это не имеет: ну пожевала ложка – дальше-то что? Во-вторых, это невозможно. У Эйнштейна, собственно говоря, тоже не получилось. Делает он примерно следующее. Концерт пляски и песни. То есть, звук и картинка. В зале – глухой. Сначала рассказываем, что идет звук. Потом становимся на позицию глухого – звук он воспринимать не может. Только картинку, которую тоже находим в системе концерта. Ура, точка соприкосновения найдена, процесс в обеих системах одинаковый – картинка.
Но это не совсем соответствует утверждению о равноправии. Концерт все так же выдает оба явления, глухой все так же воспринимает только одно. Даже если намекать, что звук был несколько тише (F), нежели картинка ярче (F'). Концерт, все так же, выдает, глухой, все так же, только воспринимает. На 155 ряду глухого и не видно и не слышно.
Существование данного параграфа обусловлено только психологическими особенностями человека. С одной стороны, доверие к авторитетам, с другой стороны, интуитивное понимание того, что в одинаковых системах процессы, действительно, происходят одинаково. То есть, априори имеется согласие с конечным утверждением, а доверие не предполагает разборок на тему того, именно там описывается. А описываются там отнюдь не две системы, а два участника одного явления. Они совершенно необязательно должны быть равноправными, иначе все будут только жевать, и быстро помрут с голоду.
