W jaki sposób pole magnetyczne jest po prostu polem elektrycznym z zastosowaną teorią względności?

Wzajemne zależności między polami elektrycznymi a pola magnetyczne są jedną z podstawowych idei fizyki, a pojęcie to jest ściśle związane z teorią względności. W tym artykule wyjaśnię, jak to możliwe, że pole magnetyczne można uznać za pole elektryczne, do którego odnosi się teoria względności.

Pola elektryczne i pola magnetyczne

Pola elektryczne pochodzą z ładunków elektrycznych, wywierają również siły na inne ładunki elektryczne, podczas gdy pola magnetyczne emitują się z poruszających się ładunków elektrycznych, a te działają również na inne poruszające się ładunki.

Szczególna teoria względności

Szczególna teoria względności opiera się na dwóch postulatach: że prawa fizyki są niezmiennicze pod wpływem przekształceń Lorentza między inercjalnymi układami odniesienia (tzn. są one kowariantne) oraz że prędkość światła w próżni jest stała niezależnie od jakiegokolwiek ruchu lub źródła światła.

Teoria względności i elektromagnetyzm

Jednakże, rozważając elektromagnetyzm w odniesieniu do tych zasad stosowanych przez teorie względności Einsteina, dowiadujemy się, że proces ten demonstruje dwa odrębne aspekty znane jako pola elektromagnetyczne – mianowicie pole elektryczne i pole magnetyczne. Pole magnetyczne może wyglądać jak pole elektryczne w innym kadrze w zależności od tego, czy obserwator lub źródło są w ruchu względem siebie.

Pole magnetyczne jako relatywistyczne pole elektryczne

Rozważmy dodatnio naładowaną cząstkę poruszającą się wewnątrz drutu; W układzie odniesienia dla takiego drutu istnieje pole elektryczne wokół takiej cząstki. Jeśli jednak zmienimy punkt widzenia na biegnący obiekt, wówczas neutralne atomy w przewodzie zaczynają się poruszać, podczas gdy ujemnie naładowane cząstki wydają się gęściej upakowane z powodu skurczu długości (konsekwencja wynikająca ze szczególnej teorii względności). W związku z tym istnieje pole elektryczne, gdy patrzy się na nie na jego nieruchomą ramę, ale pojawia się w nim jako magnetyzm.

Konkluzja

Podsumowując, pole magnetyczne można zrozumieć za pomocą środków relatywistycznych jako siłę elektryczną. To powiązanie elektryczności z magnetyzmem poprzez teorię względności nie tylko pomaga nam lepiej zrozumieć elektromagnetyzm, ale także ujawnia głęboką naturę teorii względności Einsteina w naszym postrzeganiu rzeczywistości fizycznej.