Я понимаю, что для большинства практиков такая постановка вопроса звучит как откровенное безумие. Существование магнитного поля в прикладной физике более чем очевидно. Но мы сейчас замахиваемся на теоретическую область и там всё куда интереснее.
Для чего нам это нужно? Хм, важность тут обусловлена глубоким пониманием проблемы, что позволит использовать явления физики более эффективно.
Предвосхищая ваши вопросы разберу их сам. Разве существование, например, электрического двигателя - это не доказательство, что магнитное поле реально?
Вот тут начинается самое интересное.
Мы не отрицаем такие проявления, но оказывается с точки зрения современной физики магнитное поле — вовсе не самостоятельная сущность, а нечто вроде оптической иллюзии, возникающей из-за того, как мы движемся относительно зарядов.
Магнитное поле не отменяется, а объясняется как производное от чего-то более фундаментального. Кстати, такая же история с гравитацией, если вы вдруг забыли.
Что это за жуткая идея?
Чтобы осознать логику этой проблемы, стоит вспомнить, как мыслит теория относительности. В ней электрические и магнитные поля — не два разных физических проявления, а части единого электромагнитного поля. Все, что мы называем магнитными эффектами, на самом деле электрические эффекты, только видимые сквозь искривлённую линзу движения.
Представьте длинный провод с током. Для неподвижного наблюдателя он кажется электрически нейтральным. Отрицательные электроны и положительные ионы компенсируют друг друга. Но стоит тебе самому поехать вдоль провода, как релятивистское сокращение длин нарушает эту хрупкую симметрию. Ты видишь другое распределение зарядов, и вдруг возникает электрическое поле, которого раньше не было.
Взаимодействие этого поля с твоим собственным зарядом мы называем магнитной силой. Получается, что магнетизм — всего лишь электричество, увиденное под другим углом и при другой скорости.
Даже привычный постоянный магнит не создаёт вокруг себя чего-то особенного. Его магнитное поле - это суммарный эффект микротоков внутри вещества. Электроны вращаются вокруг ядер и обладают спином, их микроскопические токи складываются и дают то самое макроскопическое поле, которое притягивает скрепки к дверце холодильника. Если бы у тебя была возможность посмотреть на этот магнит из другой системы отсчёта, часть магнитного взаимодействия снова выглядела бы как чистая электростатика.
Максвелл ещё в XIX веке показал, что электрические и магнитные явления описываются одним набором уравнений, а деление на два поля - всего лишь вопрос выбора системы координат.
Ну и самое интересное. А есть ли тут какая-то доказательная база?
Как это доказывают?
Тут всё сложнее по той причине, что проверить такое предсказание экспериментально очень сложно - любой эксперимент будет показывать существование изучаемого явления, а что оно такое на фундаментальном уровне понять будет почти невозможно.
Однако, в экспериментах по высокоточной электродинамике (например, измерения магнитного момента электрона) результаты совпадают с предсказаниями квантовой электродинамики, где магнитное поле не существует как отдельный объект, а является следствием взаимодействия заряженных частиц и калибровочного поля.
Но теоретическая база тут довольно богатая и работ немало. Альберт Эйнштейн (1905) в своей статье «К электродинамике движущихся тел» показал, что электрическое и магнитное поля — два аспекта одного электромагнитного поля, и то, что один наблюдатель называет электрическим полем, другой может частично воспринимать как магнитное. Позднее это было строго записано в виде тензорной формы уравнений Максвелла, где магнитное поле — это просто часть 4-тензора электромагнитного поля. Множество учебников по теории поля и релятивистской электродинамике (например, Landau & Lifshitz, "The Classical Theory of Fields", гл. 2–3) подробно показывают, как магнитное поле рождается из электрического при переходе в движущуюся систему отсчёта. Это не самые слабые аргументы.
Так почему тогда вся физика на магнитном поле?
Почему же тогда в учебниках и на инженерных схемах продолжают рисовать магнитные силовые линии и говорить о магнитном потоке? Потому что это удобно. Такая картина работает, помогает решать задачи и предсказывать результаты экспериментов. Причём, тут очень важно отметить, что делает она это совсем неплохо.
Для практика всё равно, чем является это поле. Главное бы насос качал и получалось посчитать с какой силой и насколько быстро он это сделает. А существующая модель при разделении сил вполне позволяет с этим справиться.
В повседневной физике мы сохраняем это разделение, чтобы не усложнять себе жизнь громоздкой математикой, но на глубоком уровне нет отдельного закона магнетизма. Всё сводится к движению зарядов и к тому, как мы на это движение смотрим.
Так что фраза магнитного поля не существует - это подсказка, что физика глубже, чем кажется. Магнетизм - это не особая сила, а проявление одной и той же фундаментальной реальности, в которой электричество и движение сплетаются в единое электромагнитное целое.
⚠️ Здесь https://dzen.ru/suite/06178c8a-80d2-4d79-8dea-0449ec461a0c подборка на моём канале про физику атома и атомного ядра. Очень советую почитать!
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями