Ist magnetische Kraft relativistischer Effekt oder intrinsische Eigenschaft?

Die Symmetrie der Raumzeit in der speziellen Relativitätstheorie erfordert, dass, wenn die Gesetze der Physik die Möglichkeit elektrischer Felder beinhalten, sie auch die Möglichkeit magnetischer Felder beinhalten müssen und umgekehrt. Sie können nicht das eine einschließen, ohne auch das andere einzuschließen.

Eine Folge davon ist, dass es in jeder Situation, die nur ein elektrisches Feld in einem Koordinatensystem beinhaltet, ein anderes verstärktes Koordinatensystem gibt – das heißt eine andere Art, dieselbe physikalische Situation zu beschreiben – das auch ein magnetisches Feld beinhaltet. Umgekehrt gibt es in jeder Situation, die nur ein Magnetfeld in einem Koordinatensystem beinhaltet, ein anderes Koordinatensystem – das heißt eine andere Art, dieselbe physikalische Situation zu beschreiben – das auch ein elektrisches Feld beinhaltet.

Das gilt übrigens auch für das Magnetfeld, das mit dem intrinsischen magnetischen Moment eines Teilchens verbunden ist: Es gibt zwangsläufig irgendein Koordinatensystem, in dem es auch um ein elektrisches Feld geht.

Die richtige Aussage ist also nicht, dass das eine oder das andere (elektrisch oder magnetisch) ein rein relativistischer Effekt ist; Stattdessen ist die korrekte Aussage, dass die Relativitätstheorie impliziert, dass wir das eine nicht ohne das andere haben können. Selbst in Situationen, in denen nur einer von ihnen in einem Koordinatensystem vorhanden ist , werden sie notwendigerweise beide in einem anderen Koordinatensystem vorhanden sein, das die Zeit- und Raumkoordinaten des ursprünglichen mischt.

Ein Teilchen mit Spin, wie z. B. ein Elektron, hat zwei unterschiedliche Magnetfelder, eines aufgrund seiner Bewegung durch den Raum und eines aufgrund seines Spins. (Anmerkung: Der Spin eines Elementarteilchens kann nicht so verstanden werden, dass sich dieses Teilchen einfach im Raum dreht, wie sich die Erde um ihre Achse dreht. Es ist keine Art „Bewegung durch den Weltraum“.)

Das Magnetfeld aufgrund seiner Bewegung durch den Raum kann als „relativistischer Effekt“ betrachtet werden, wenn sich das Elektron gleichförmig bewegt. Im Ruhesystem des Elektrons verschwindet dieses Feld vollständig, und in anderen Systemen kann das Magnetfeld durch eine Lorentz-Transformation des rein elektrostatischen Felds im Ruhesystem gefunden werden. Das Magnetfeld einer sich gleichmäßig bewegenden Ladung kann also als relativistisches Artefakt angesehen werden, sich im „falschen Koordinatensystem“ zu befinden.

Ein beschleunigendes Elektron hat jedoch ein Magnetfeld, das nicht durch die Wahl eines bestimmten Bezugssystems zum Verschwinden gebracht werden kann. Es ist nicht die Lorentz-Transformation eines rein elektrischen Feldes. Das Magnetfeld einer beschleunigenden Ladung ist kein relativistisches Artefakt, sich im „falschen Rahmen“ zu befinden, daher sollten Sie es nicht als „nur einen relativistischen Effekt“ betrachten, obwohl elektromagnetische Strahlung ohne Relativitätstheorie nicht richtig verstanden werden kann.

Das Magnetfeld aufgrund seines Spins ist ein intrinsischer quantenmechanischer Effekt, der nicht durch die Wahl eines Bezugssystems zum Verschwinden gebracht werden kann. Das Magnetfeld aufgrund des Spins ist kein relativistisches Artefakt, das sich im „falschen Rahmen“ befindet, also sollten Sie es auch hier nicht als „nur einen relativistischen Effekt“ betrachten, obwohl das richtige Verständnis des Spins relativistische Quantenmechanik beinhaltet.

Um ein statisches oder quasistatisches Magnetfeld zu erzeugen, müssen sich Ladungen nicht mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, daher lautet meine Antwort auf die Titelfrage "Nein".