Πώς εφαρμόζεται ένα μαγνητικό πεδίο απλώς ένα ηλεκτρικό πεδίο με σχετικότητα;
Οι αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρικών πεδίων και μαγνητικά πεδία είναι μία από τις βασικές ιδέες της φυσικής και αυτή η έννοια συνδέεται στενά με τη θεωρία της σχετικότητας. Σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσω πώς είναι δυνατόν το μαγνητικό πεδίο να μπορεί να θεωρηθεί ως ηλεκτρικό πεδίο στο οποίο ισχύει η σχετικότητα.
Ηλεκτρικά Πεδία και Μαγνητικά Πεδία
Τα ηλεκτρικά πεδία προέρχονται από ηλεκτρικά φορτία, ασκούν επίσης δυνάμεις σε άλλα ηλεκτρικά φορτία, ενώ τα μαγνητικά πεδία εκπέμπονται από κινούμενα ηλεκτρικά φορτία και αυτά δρουν και σε άλλα κινούμενα φορτία.
Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας έχει δύο αξιώματα: ότι οι νόμοι της φυσικής είναι αμετάβλητοι κάτω από τους μετασχηματισμούς Lorentz μεταξύ αδρανειακών πλαισίων αναφοράς (δηλαδή είναι συνμεταβλητοί) και ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή ανεξάρτητα από οποιαδήποτε κίνηση ή πηγή φωτός.
Σχετικότητα και Ηλεκτρομαγνητισμός
Ωστόσο, όταν εξετάζουμε τον ηλεκτρομαγνητισμό σε σχέση με αυτές τις αρχές όπως εφαρμόζονται από τις θεωρίες του Αϊνστάιν για τη σχετικότητα, διαπιστώνουμε ότι αυτή η διαδικασία παρουσιάζει δύο ξεχωριστές πτυχές γνωστές ως ηλεκτρομαγνητικά πεδία - δηλαδή ηλεκτρικό πεδίο και μαγνητικό πεδίο. Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να εμφανιστεί σαν ένα ηλεκτρικό πεδίο σε ένα άλλο πλαίσιο, ανάλογα με το αν ο παρατηρητής ή η πηγή είναι σε κίνηση σχετικά μεταξύ τους.
Μαγνητικό πεδίο ως σχετικιστικό ηλεκτρικό πεδίο
Ας εξετάσουμε ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που κινείται μέσα σε ένα σύρμα. Στο πλαίσιο αναφοράς για ένα τέτοιο σύρμα υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από ένα τέτοιο σωματίδιο. Ωστόσο, αν αλλάξουμε στο σημείο θέασης που προέρχεται από ένα τρέχον αντικείμενο, τότε τα ουδέτερα άτομα μέσα στο σύρμα αρχίζουν να κινούνται, ενώ τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια φαίνονται πιο πυκνά συσκευασμένα λόγω της συστολής μήκους (συνέπεια που επέφερε η ειδική σχετικότητα). Κατά συνέπεια, υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο όταν παρατηρείται σε σχέση με το σταθερό του πλαίσιο, αλλά εμφανίζεται ως μαγνητισμός μέσα σε αυτό.
Συμπέρασμα
Συμπερασματικά, ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να γίνει κατανοητό με σχετικιστικά μέσα ως ηλεκτρική δύναμη. Αυτή η σύνδεση που συνδέει τον ηλεκτρισμό με τον μαγνητισμό μέσω της θεωρίας της σχετικότητας όχι μόνο μας βοηθά να κατανοήσουμε περισσότερα για τον ηλεκτρομαγνητισμό, αλλά αποκαλύπτει επίσης τη βαθιά φύση της θεωρίας σχετικότητας του Αϊνστάιν στην αντίληψή μας για τη φυσική πραγματικότητα.
