Вы можете остаться легче теперь: подразумеваемый конфликт между старой веком теорией классической электродинамики и теорией Эйнштейна специальной относительности не существует, говорит хор физиков.В прошлом апреле Мэзуд Мансурипур, инженер-электрик в Аризонском университете в Тусоне, утверждал, что уравнение, определяющее силу, проявленную на электрически заряженной частице электрическими и магнитными полями — законе о силе Лоренца — сталкивается с относительностью, теория, сосредотачивающаяся о том, как наблюдатели, двигающиеся в постоянную скорость относительно друг друга, рассмотрят те же события. Для доказательства его он придумал простой «мысленный эксперимент», в котором закон о силе Лоренца, казалось, привел к парадоксу, который он описал в Physical Review Letters (PRL).
Теперь, четыре физика независимо говорят, что решили парадокс в комментариях в прессе в PRL.«Masud полностью убежден, что он прав, но он не», говорит Стивен Барнетт, комментатор из университета Стратклайда в Глазго, Великобритания
Для понимания силы Лоренца предположите, что заряженная частица перемещается через электрические и магнитные поля. Закон о силе Лоренца заявляет, что электрическое поле выдвинет частицу в том же направлении как область, в то время как магнитное поле выдвинет его в перпендикуляре направления и к магнитному полю и к скорости частицы. Закон о силе часто используется, чтобы проиллюстрировать, как в относительности, например, сила, которая, кажется, является чисто электрической одному наблюдателю, будет казаться, будет и электрической и магнитной наблюдателю, двигающемуся на различной скорости.
Но Мансурипур продумал пример, в котором закон, казалось, привел к логическому противоречию. Рассмотрите подобный пункту электрический заряд, сидящий фиксированное расстояние от крошечного магнита (см. рис.).
Магнит имеет бесплатно, таким образом, он не испытывает силы от электрического поля нагрузки. Точно так же ненамагниченная нагрузка не взаимодействует с магнитным полем магнита. Таким образом, ничто не происходит.Теперь вообразите, как вещи смотрят от «движущейся системы взглядов» в который нагрузка и магнит оба скольжения на устойчивой скорости.
Благодаря странным результатам относительности магнит, кажется, имеет более положительный заряд на одной стороне и более отрицательный заряд на другом. Таким образом, нагрузка пункта будет надевать одну сторону магнита и спешить другой, создавая вращающий момент скручивания — или так требуемый Мансурипур.Детали идут как это. Магнит может считаться крошечной петлей провода, в котором отрицательно наполненные электроны пробегают постоянные положительные ионы.
В структуре, в которой кольцо постоянно, электроны и ионы равномерно распределены, и кольцо кажется незаряженным. Но в движущейся структуре, электронах на одной стороне кольцевого движения быстрее, чем те на другом относительно наблюдателя.
Таким образом благодаря странному «сокращению Лоренца» относительности, электроны на одной стороне кажутся более плотно располагаемыми и с другой стороны более свободно располагаемые, создавая неустойчивость нагрузки.Однако согласно относительности, магнит не может крутить в одной структуре и не в другом, Мансурипур отмечает, таким образом, результаты парадоксальны. Для предотвращения проблемы он защищает заменять закон Лоренца тем, рассматривающим магнетизм по-другому.Но Мансурипур забыл что-то, спорят все четыре комментатора.
Благодаря странности специальной относительности магнит также обладает странным «скрытым угловым моментом», в движущейся структуре постоянно увеличивающимся. По его самому определению вращающий момент равняется изменению в угловом моменте. Таким образом вместо того, чтобы крутить магнит, вращающий момент в движущейся структуре просто кормит увеличение скрытого углового момента. Проблема решена.
Вот то, как скрытый угловой момент появляется. Если магнит считается текущей петлей, то на одной стороне петли электрическое поле от нагрузки пункта выдвигает электроны в направлении, в которое они уже двигаются, и повышает их энергию. С другой стороны петли, электрическое поле выступает против движения электронов и иссушает их энергию.
Таким образом, существует чистый поток энергии с одной стороны петли к другому. Благодаря уравнению Эйнштейна E=mc2 тот поток энергии эквивалентен движению массы, которая самой эквивалентна импульсу. Таким образом, поток энергии дает магниту поперечный скрытый импульс, даже при том, что это не перемещается боком.
В движущейся структуре этот скрытый импульс также дает начало увеличивающемуся угловому моменту. Чтобы видеть, как это работает, предположите вращение шара на конце вереницы по голове. В любой момент шар имеет импульс, указывающий перпендикуляр на вереницу и дающий ему угловой момент вокруг Вашей руки, и что угловой момент увеличивается, поскольку Вы освобождаете вереницу.
Таким же образом, в движущейся структуре, возвращение захваченного боком скрытый импульс магнита приводит к постоянно увеличивающемуся угловому моменту. И накачивание того углового момента абсолютно требует вращающего момента, который идентифицирует Mansuripur, говорят комментаторы.Мансурипур придерживается своего оружия. Он утверждает, что скрытый импульс, идентифицированный в 1960-х, является неточно указанным понятием, просто сглаживающим проблему. «Это всегда было проблемой со скрытым импульсом», говорит Мансурипур. «Вы знаете, что что-то отсутствует, таким образом, Вы просто постулируете его существование».
Он говорит, что его подход избавляет от необходимости скрытый импульс.Другие говорят, что скрытый импульс является неотъемлемой частью относительности. «Если у Вас есть система с внутренним движением, подвергающимся внешней силе, затем скрытый импульс является общей собственностью», говорит Дэниел Вэнзелла, комментатор в университете Сан-Паулу в Сан-Карлусе, Бразилия. «Это не оперативное изобретение, вставленное для урегулирования вещей».
Вэнзелла также отмечает, что математически, закон о силе Лоренца может быть издан в форме, гарантирующей, что он совпадет с относительностью, таким образом, для него будет «просто невозможно» противоречить теории.Некоторые физики утверждают, что работа Мансурипура никогда не должна была публиковаться. «Я не мог не согласиться больше», говорит Барнетт. «Не лучше издать вещи, которые интересны и не, очевидно, неправильно, чем пнуть следующую теорию Общей теории относительности к ограничению, потому что это похоже на мусор?» Он добавляет, что аргумент был чрезвычайно гражданским: «Masud очень увлечен тем, что он сделан, но он – истинный джентльмен».