Existieren elektrische und magnetische Kraftlinien physikalisch? [geschlossen]

Nach meiner Vorstellung kann nichts dem anderen Kraft auferlegen, indem es nicht einmal eine Berührung gibt (dh eine Aktion aus der Ferne). Also dachte ich, es müsse eine physische Existenz von Kraftlinien geben. Obwohl die Hypothese virtueller Teilchen vorgeschlagen wurde. Virtuelle Teilchen werden meines Wissens nur als Störung (Feld) bezeichnet und nicht als das, was wir als materialistisches "Teilchen" ansahen. Wie auch immer, ich habe gehört, dass Faraday über eine ähnliche Ansicht über ihre physische Existenz gesprochen hat. Aber ich habe da eine naive Vorstellung. Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand etwas zu Ihrer Ansicht über die physikalische Existenz von Kraftlinien beitragen könnte. Es wäre wünschenswerter, wenn irgendjemand über Faradays und Maxwells Herangehensweise an dieses Konzept sprechen könnte.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich stelle Faradays und Maxwells grundlegende Ansichten über das Konzept zur Verfügung, damit jeder darüber sprechen kann.

FARADAYS ANSICHTEN: Zuerst betrachtete Faraday die physikalische Realität der Kraftlinien als eine Möglichkeit, doch mehrere Gelehrte stimmen darin überein, dass für Faraday ihre physikalische Realität zu einer Überzeugung wurde. Ein Gelehrter datiert diese Veränderung auf das Jahr 1838. Ein anderer Gelehrter datiert diese endgültige Stärkung seines Glaubens auf 1852. Faraday untersuchte experimentell Linien magnetischer Kraft und Linien elektrostatischer Kraft und zeigte, dass sie nicht zu Fernwirkungsmodellen passen. 1852 schrieb Faraday die Abhandlung „On the Physical Character of the Lines of Magnetic Force“ , die Gravitation, Strahlung und Elektrizität und ihre möglichen Beziehungen zum Übertragungsmedium, zur Übertragungsausbreitung und zur empfangenden Entität untersuchte.

MAXWELLS SICHT: Anfänglich verfolgte Maxwell einen agnostischen Ansatz bei seiner Mathematisierung von Faradays Theorien. Dies ist in Maxwells Papieren von 1855 und 1856 zu sehen: "On Faraday's Lines of Force"und "Auf Faradays elektrotontischem Zustand". In der Arbeit von 1864 „A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field“ räumt Maxwell der elektromagnetischen Theorie des Lichts Faraday und seiner Arbeit von 1846 „Thoughts on Ray Vibrations“ wissenschaftliche Priorität ein. Maxwell schrieb: Faraday entdeckte, dass, wenn ein planar polarisierter Strahl ein transparentes diamagnetisches Medium in Richtung der magnetischen Kraftlinien durchquert, die von Magneten oder Strömen in der Nachbarschaft erzeugt werden, die Polarisationsebene in Rotation versetzt wird. Die Vorstellung von der Ausbreitung transversaler magnetischer Störungen unter Ausschluss normaler Störungen wird von Professor Faraday in seinen „Gedanken über Strahlenschwingungen“ deutlich dargelegt. Die von ihm vorgeschlagene elektromagnetische Lichttheorie

Ich hoffe, jemand aus der Quantenphysik kann über virtuelle Teilchen sprechen.
Hier ist eine Meinung von Matt Strassler (hier klicken) über die Hypothese virtueller Teilchen

"Nach meiner Vorstellung kann nichts dem anderen Kraft auferlegen, indem es nicht einmal eine Berührung gibt." Sie sollten wissen, dass das, was Sie "Berührung" nennen, nur die elektrischen Kräfte äußerer Elektronen sind, die in extrem kleinen Abständen wirken.
Feldlinien sind eine mathematische Darstellung des Vektorfeldes, das von einem geladenen Objekt erzeugt wird. Das ist der einzige Sinn, in dem Feldlinien "existieren".
@Dmitry Brant. Wenn Feldlinien nur eine mathematische Darstellung wären, warum entsteht dann ein ähnliches Muster, wenn Eisenfüllungen über einen Magneten gestreut werden? Es könnte weitere Erklärungen zu dieser bestimmten Formation von Linien geben. Ich würde erwarten, dass Sie gehen über den vorgeschlagenen Link zu dmckee.
@CURIE Wenn Sie einen Ball in die Luft werfen und ihn fallen lassen, nimmt er die Form einer Parabel an. Gab es diese Parabel, bevor Sie den Ball geworfen haben?
@Dmitry. Ich stimme zu, dass es keine Parabel geben würde, wenn kein Ball geworfen wird. Aber Ihr Vergleich passt nicht für Kraftlinien, die ein Feld darstellen, das eine physikalische Bedeutung hat. Ich wollte sagen, dass es ein Feld geben wird ( was durch Kraftlinien dargestellt werden könnte), auch wenn es kein Teilchen gibt, um es zu erfahren, und seine Existenz kann erkannt werden, indem einige Eisenfüllungen auf den Magneten geworfen werden keine Parabel sein, wenn kein Ball geworfen wird. Es wäre besser, wenn Sie eine Antwort posten könnten.
@CURIE Meine Antwort würde sich nicht von den beiden vorhandenen unterscheiden.
Eine (sehr) grobe Analogie aus den menschlichen Beziehungen: Die Macht, die ein Mensch über einen anderen hat, ist eine reale Sache. Geld und Titel sind nur eine bequeme Darstellung dieser Macht. Ansonsten haben sie keine eigentliche Bedeutung. Eine menschliche Gesellschaft kann ohne Geld oder Titel funktionieren, aber Machtverhältnisse wird es immer geben, und früher oder später werden so etwas wie Geld und Titel erfunden, um das Reden darüber zu erleichtern.
Ebenso sind die Phänomene von Elektrizität und Magnetismus real. Alles, was Sie aufschreiben möchten, um diese Phänomene darzustellen, seien sie es E → , B → Felder, Feldlinien, ein Zwei-Formular-Feld F μ v , eine Messverbindung A μ , virtuelle Photonen in Feynman-Graphen oder die Menge der Holonomien exp ⁡ ( ich ∫ A μ D X μ ) , sind mehr oder weniger nützliche Beschreibungen der tatsächlichen physikalischen Phänomene.
Was bedeutet „physisch existieren“? Das ist eine Frage der Philosophie, nicht der Physik.
@ Ben Crowell. Physik ist bekannt als "exakte Wissenschaft", da sie experimentell auf jedes Konzept eingeht. Warum können Sie also nicht experimentell die physische Existenz von Kraftlinien überprüfen. Denken Sie an die Philosophie (Ideensatz einer bestimmten Person). ) ist diejenige, die zunächst als Hypothese behauptet wird, dann kommt die Theorie (die getesteten Ideen der Philosophie).
Sehr tiefgründige und klug formulierte Frage! Da der zugrunde liegende "Mechanismus" für diese Phänomene nicht bekannt ist, ist dennoch nur Spekulation möglich (aber hier nicht bevorzugt). Natürlich wäre es sehr unterhaltsam, mehr über Faradays und Maxwells Ansätze zu erfahren.

Antworten (4)

Die elektrischen und magnetischen Felder sind reale Dinge: Sie können Energie speichern und Impulse übertragen.

"Feldlinien" oder "Kraftlinien" sind ein Visualisierungswerkzeug, das sich zum Zeichnen von Vektorfeldern eignet. Sie sind Karten der Felder und die Felder sind reale Dinge. Ist das gut genug für dich?

Und ja, die elektromagnetische Wechselwirkung kann auf andere (grundlegendere) Weise als Austausch von Bosonen in einer Quantenfeldtheorie beschrieben werden. Das ändert aber nichts daran, dass diese Felder Energie speichern und Impuls übertragen.

@CURIE elektromagnetische Wellen beweisen, dass ein elektromagnetisches Feld tatsächlich Energie und Impuls enthalten muss , damit Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen sinnvoll sind. Es gibt einen echten "Fluss", aber die Auswahl bestimmter Feldlinien ist eine willkürliche Darstellung dieses Flusses.
Kann man aber nicht ganz auf den Begriff der elektrischen/magnetischen Felder verzichten?
@Ayesha Er ... nein. Sie können in Begriffen der Quantenfeldtheorie neu ausgedrückt werden, aber sie sind immer noch da. Und das soll auch so sein, denn sie sind „wirklich echt“: Wie gesagt, sie tragen sowohl Energie als auch Schwung in sich.
@dmckee Ich habe ein Lehrbuch (Griffith's) gelesen, in dem es heißt, dass es möglich ist, vollständig auf Feldkonzepte zu verzichten und die Elektrodynamik als "Action-at-a-Distance" -Theorie zu formulieren. Kannst du das bitte klären? Danke schön!
@Ayesha Es ist weit entfernt, mit dem großen Mann zu streiten, aber ich sehe nicht, wohin er damit führt (das ist kein Buch, das ich verwendet habe): Energie und Impuls existieren im freien Raum, während sie von jedem materiellen Objekt getrennt sind die Welle wandert. Auf dem Lichtkegel (wo die Zeit nicht vergeht) ist das kein Problem, aber für uns arme, bleierne Kreaturen schon.

Bedeutet die Tatsache, dass jeder Regentropfen in seinen jeweiligen geraden Linien alle parallel zueinander fällt, dass diese Linien physikalisch real sind?

Nein. Es ist nur die Tendenz der Schwerkraft, zwischen zwei massiven Objekten zu wirken – eine gerade Linie ist einfach die am wenigsten ungenaue Art, diese Wechselwirkung zu beschreiben. Sie können auch zusätzliche gekrümmte Linien zeichnen, die die Seiten und Spitzen des Tropfens mit der Erde verbinden, aber diese heben sich aufgrund der Symmetrie auf.

Wenn Sie die Regentropfen in einem enormen Maßstab beobachten würden – groß genug, um die Erdkrümmung berücksichtigen zu müssen, würden Sie erkennen, dass die Linien tatsächlich nicht parallel sind, sondern zum Erdkern zusammenlaufen. Während dies eine andere Geschichte ist, hilft es zu veranschaulichen, dass Gravitationsfeldlinien zwei massive Objekte miteinander verbinden und eine Milliarde Wassertröpfchen gut mit einer Milliarde gerader Feldlinien beschrieben werden, die mit der Erde verbunden sind.

Der Unterschied bei magnetischen Feldlinien besteht darin, dass sie nicht zwischen zwei unabhängigen magnetischen Monopolen (deren Existenz noch nicht bestätigt wurde) gebildet werden, sondern von einem magnetischen Dipol . Auf diese Weise entstehen oder enden magnetische Feldlinien nicht zwischen zwei unabhängigen Objekten, sondern bilden mit sich selbst eine geschlossene Schleife. Nach dieser Logik werden die Linien niemals gerade, sondern immer gekrümmt sein – wenn sie gerade aussehen, liegt das nur an extremer Vergrößerung, wie wenn man Regen betrachtet und denkt, dass sie alle parallel fallen, wenn sie tatsächlich zu einem Punkt zusammenlaufen. Sie können auch den Eindruck gewinnen, dass Feldlinien gerade sind, wenn Sie Späne zwischen die Lücken zweier Magnete fallen lassen – sie bilden eine gerade Linie von Spänen, heben aber tatsächlich nur einen kleinen Teil einer großen geschlossenen Schleife hervor.

Wenn Sie sich Eisenspäne ansehen, zeigen sie Ihnen keine Feldlinien, die vor der Ankunft der Späne existierten, Linien, denen gehorcht werden muss, sondern sie zeichnen Feldlinien, die jetzt existieren, sowohl wegen der Elektronen im Magneten als auch wegen der Späne selbst, die das verändern geschlossenes Feld. Wenn Sie also alles aufrütteln ... erhalten Sie nicht genau das gleiche Muster, aber Sie werden immer noch Spuren von geschlossenen Schleifen sehen können.

Ihre Aussage, dass Feldlinien nicht existierten, bevor Eisenfüllungen verstreut wurden, überzeugt mich nicht. Denn um einen Magneten herum existiert ein Feld, auch wenn es kein Teilchen gibt, das es erfahren könnte. Und der Vergleich von Tropfenlinien und den Feldlinien ist nicht gültig .Weil Feldlinien ihre physikalische Bedeutung haben (nicht zu verwechseln mit physikalischer Existenz), aber Tropfenlinien keine physikalische Bedeutung haben. Ich wollte damit sagen, dass Linien, die durch Tropfen gebildet werden, nicht existieren, wenn es keine Tropfen gäbe, sondern Felder vorhanden, auch wenn Partikel vorhanden waren (Vorhandensein kann durch Einstreuen von Eisenspänen geprüft werden)
Ja, es gibt ein Feld, bevor die Ablagerungen ins Bild kommen, aber ich sage, das Bild zeigt dieses vorherige Feld nicht einmal, weil die Ablagerungen selbst es verändern (es gibt keine Möglichkeit, ein Feld darzustellen, außer mit einer Reihe von Vektoren oder Punkten, die beide die eigentliche Geschichte verraten und nur verwendet werden, weil die Mathematik sie erfordert), was zu Feldkonzentrationen in der Nähe von Eisen und zu Feldlücken führt, wo kein Eisen ist, und wenn Sie alles durcheinander bringen würden, würden Sie kein identisches Bild erhalten. Diese Linien, die Sie sehen, erscheinen erst im Nachhinein.
Wird immer noch vermutet, dass diese Feldlinien von der Sonne abreißen? können sie dann eine gerade linie bilden?
Gerade Feldlinien für Magnetfelder sind nur kleine Abschnitte unendlich langer Magnetfeldschleifen.
Sind es dann verzerrte Endlosschleifen am sogenannten Snapping Point?
Wenn Sie sich auf die magnetische Wiederverbindung beziehen, erfordert dies eine starke Verzerrung. aber sie schnappen nicht und verschwinden. Vielmehr wird das Feld verzerrt, gebrochen und in einer Topologie mit geringerer Verzerrung neu kombiniert, wobei das ausgestoßene Plasma die Verzerrungsenergie wegträgt.

Feldlinien werden von Menschen erzeugt und lokalisiert, um messbare Punkte in der Feldstärke gemäß einer ausgewählten Maßeinheit abzugrenzen und auch um die Richtung/Polarität des Magnetfelds anzuzeigen. Polarität existiert, Unterschiede in der Feldstärke existieren, Feldlinien existieren nur als mentales Konstrukt. Die Analogie zu Regentropfen, die nicht parallele Linien zum Zentrum des anziehenden Körpers beschreiben, ist gut, da in diesem Fall keine tatsächlichen Linien im Spiel sind, ebenso wie magnetische Feldlinien auch nicht im Spiel oder am Werk sind, in jedem physikalischen Sinne. Die Tatsache, dass sie bei der mathematischen Behandlung von Magnetfeldern nützlich sind, sollte nicht zu ihrer Verdinglichung führen.

Nein, sie existieren nicht physisch (im Makromaßstab). Das Magnetfeld ändert sich allmählich von einem Punkt im Raum zu einem anderen Punkt im Raum (wenn Sie subatomar sind, wird es sich vermutlich irgendwann in Planck-Quanten ändern, also könnte man sagen, dass Feldlinien in diesem wirklich kleinen Maßstab physikalisch funktionieren existieren :)).

Wenn Sie das Magnetfeld um den Magneten beispielsweise mit einer Hall-Sonde messen und die Magnetfeldstärke beobachten würden, während Sie die Sonde langsam um den Magneten bewegen, würden Sie nur eine allmähliche Änderung sehen, nicht einige "Sprünge" nach oben und unten wie würde durch die physische Existenz dieser "Kraftlinien" nahegelegt.

Das Problem bei der Visualisierung mit Eisenfüllungen oder Ferrofluid besteht darin, dass Sie das Magnetfeld des großen Magneten nicht wirklich sehen. Was Sie tatsächlich beobachten, sind Eisenfüllungen, die sich in Minimagnete verwandeln, die sich dann zusammenballen. Diese Clusterkörnigkeit hat mit den physikalischen Eigenschaften von Eisenfüllungen und der Oberfläche, auf der sie sich befinden, zu tun. Gleiches gilt für Ferrofluid. Die Ferrofluid-Spikes sind eigentlich Minimagnete, die aus Ferrofluid-Partikelclustern hergestellt werden. Wenn Sie dort ein weiteres Ferrofluid-Partikel fallen lassen, stapelt es sich auf dem Minimagneten, der näher ist, es wird nicht alleine stehen. EDIT: Mit anderen Worten, bei Eisenfüllungen sehen Sie andere Linien als beispielsweise bei Nickelfüllungen, natürlich auch abhängig von der Füllgröße.

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