Один из способов описать магнетизм - это назвать его "релятивистская поправка" к электростатической силе. Это происходит потому, что вся информация (включая распространение/непрерывное обновление электрических полей по мере движения зарядов) не может распространяться быстрее скорости света.
Таким образом, только движущиеся заряженные частицы чувствуют магнитную силу в магнитном поле, и только движущиеся заряженные частицы могут генерировать магнитное поле. Если частицы не движутся, вам не нужно корректировать электрическое поле, поскольку не требуется никакого непрерывного обновления, поэтому вам и не нужна "поправка", которая является магнитным полем.
Это означает, что магнитные материалы являются магнитными только потому, что все электроны внутри них движутся или "вращаются" одинаковым образом. Их магнитные поля складываются.
Рассмотрим интересный мысленный эксперимент. Фейнман впервые предложил этот эксперимент в своих знаменитых "Лекциях по физике".
Представьте себе два одинаковых провода, по которым текут одинаковые токи в одном направлении. Это может показаться немного сложным: но у них обоих есть магнитные поля , обернутые вокруг них по правилу правой руки . Поскольку ток по сути является движущимся зарядом, они оба испытывают силы по правилу левой руки Флеминга. И поэтому они притягиваются.
Мы знаем, что ток в проводах переносится электронами (движущимися в противоположном направлении по отношению к току, поскольку они заряжены отрицательно), в то время как положительно заряженное ядро остается неподвижным.
Поскольку провода нейтрально заряжены (количество отрицательного заряда = количеству положительного заряда), вся сила исходит от магнитной, а не от электрической силы. Кроме того, ядра не движутся, поэтому они не испытывают никакой силы. Нам нужно думать только об электронах, чтобы найти общую силу на проводе.
Давайте притворимся, что нам не известна магнитная сила, а мы знаем только электрическую. Как мы объясним притяжение между проводами?
Если мы сделаем так, как Эйнштейн, и притворимся электроном, что мы увидим? Теперь протоны движутся, а электроны неподвижны. (Мы немного упрощаем ситуацию, говоря, что все электроны движутся с одинаковой скоростью.) Но также происходят и другие странные вещи: вы когда-нибудь слышали о сокращении длины или замедлении времени?
Когда электроны движутся относительно ядер, они видят, как ядра сжимаются в их системе отсчета, и провод кажется короче. Но поскольку все электроны движутся с одинаковой скоростью, они не кажутся сжимающимися. Итак, теперь плотность положительного заряда больше плотности отрицательного заряда, и электроны видят, что провод заряжен положительно! Противоположные заряды притягиваются, поэтому электроны чувствуют силу по направлению к проводу и тянут провод за собой (они не чувствуют магнитной силы в этой системе отсчета, потому что они не движутся). Вот откуда возникает магнитное притяжение! (Замедление времени просто делает величину силы численно правильной.) Нам также не нужно беспокоиться о ядрах, поскольку мы уже сказали, что они не испытывают никакой силы.
Вы можете спросить: Но разве электроны не движутся медленно, так что относительность не должна иметь значения? Да, они движутся медленно, но электронов много, поэтому множество небольших поправок складываются, чтобы создать заметную силу.
Следовательно, магнетизм - это просто упрощенный способ вычисления "релятивистской поправки" к магнитной силе без перехода между различными системами отсчета.
Просто так получается, поскольку физика и математика странным образом полагают, что магнитное поле, магнитная сила и движение частицы находятся под прямым углом друг к другу (правило левой руки Флеминга). В действительности, все, что есть, - это только электрическая сила и относительность, когда речь идет о заряженных частицах (игнорируя спин электрона).
В классической физике гравитация имеет свою собственную «релятивистскую поправку», которая похожа на магнетизм. Но эта сила настолько мала, поскольку гравитация настолько слаба, что она заметна только в очень тяжелых объектах (например, в двойных звездных системах). Кроме того, есть более важные поправки, и все они включены в общую теорию относительности, поэтому мы никогда не говорим о них.
Понравилась статья? Самое время подписаться на канал!