Relativistische Erklärung der Strahlung

Ich stelle diese Frage noch einmal in einer einfacheren, kürzeren Form.

Die Maxwell-Gleichungen können ausgehend vom Coulomb-Gesetz mit der Speziellen Relativitätstheorie abgeleitet werden. Daher lassen sich im Prinzip alle Phänomene der klassischen Elektrodynamik durch relativistische Betrachtungen erklären.

Ein einfaches Beispiel für die Art von Erklärung, nach der ich suche: Warum sieht das elektrische Feld eines sich bewegenden Teilchens aus wie das Feld eines stationären Teilchens, aber in Richtung der Geschwindigkeit „abgeflacht“? Antwort: Weil man sich aufgrund der speziellen Relativitätstheorie vorstellen kann, dass die Feldlinien der stationären Ladung bei Betrachtung aus einem bewegten Koordinatensystem eine Lorentz-Kontraktion erfahren.

Eine schwierigere Frage ist nun, Strahlung mit relativistischen Argumenten zu erklären. Dies wurde teilweise in mehreren Themen hier beantwortet (siehe dieses oder dieses ), zumindest im Fall von sofortigem Impuls und Beschleunigung, begleitet von einigen hübschen Bildern. Diese Beiträge erklären jedoch relativistisch nicht, warum sich die Feldlinien an der Strahlungsfront so eigenartig verhalten. Ich denke, "Hey Leute, der Chef zieht um, nachjustieren" könnte weiter ausgearbeitet werden. „Hey Leute, der Chef beschleunigt, wie zum Teufel sollen wir nachjustieren?“

Was genau passiert, wenn das geladene Teilchen beschleunigt, und warum sich die Strahlungsfront nach der Beschleunigung so eigenartig verhält und sich immer mehr verzerrt, je weiter sie sich ausbreitet. Hier ist ein nettes Applet zum Studium des Phänomens: Feld eines sich bewegenden Teilchens . Und hier ist ein Schnappschuss von diesem Applet, in dem sich das Partikel bewegt hat, abgebremst wurde und jetzt stationär ist: [abbremsendes Teilchen]. Beachten Sie die seltsame Form der Feldlinien in dem Bereich, in dem die Nachricht „Chef bewegt sich“ empfangen wird.

Ich suche nach einer heuristischen Erklärung durch die spezielle Relativitätstheorie. Es muss eine geben , da die Maxwell-Gleichungen durch die spezielle Relativitätstheorie und das Coulomb-Gesetz abgeleitet werden können. Wenn es die Dinge einfacher macht, ändern Sie das Teilchen in eine unendlich geladene Wand. Es wird einfacher strahlen.

Das ist das Beste, was ich tun kann, aber ich muss auf die Allgemeine Relativitätstheorie zurückgreifen: Angenommen, eine geladene Wand beginnt, parallel zu sich selbst zu beschleunigen. Es wird "denken, dass es sich in einem Gravitationsfeld befindet" und daher die Feldlinien krümmen sehen, da die Schwerkraft die Raumzeit krümmt. Sobald es aufhört zu beschleunigen, muss es sehen, dass die Feldlinien wieder gerade verlaufen. Aber die Nachrichten über das Beschleunigungsintervall werden sich weiter im Weltraum ausbreiten, als eine Krümmung in der Raumzeit. Stimmt etwas nicht mit dieser Argumentation? Können Sie sich etwas Besseres einfallen lassen?

Bitte helft mir, ich wäre sehr dankbar. Wenn Sie es nicht verstehen, fragen Sie mich bitte und ich werde mein Bestes tun, um es klarzustellen. Danke schön.

> "Die Maxwell-Gleichungen können ausgehend vom Coulomb-Gesetz mit der Speziellen Relativitätstheorie abgeleitet werden." Das ist irreführend. Die Gesetze des Elektromagnetismus sind viel allgemeiner als die spezielle Relativitätstheorie und die Elektrostatik implizieren können, sie werden verallgemeinert aus der Erfahrung abgeleitet. Sie können die Gültigkeit des Gaußschen Gesetzes für das allgemeine elektrische Feld nicht nur aus der speziellen Relativitätstheorie und dem Coulomb-Gesetz ableiten.
, dieser Benutzer ist seit 2015 nicht mehr aktiv, ich möchte nur betonen : Wenn man sich die Konsequenzen eines physiktheoretischen Modells ansieht, muss man verstehen, dass „Gesetze“ Destillate von Beobachtungen und Axiome sind, die notwendig sind, um aus den allgemeinen Lösungen von auszuwählen Wellengleichungen, die Daten beschreiben und neue Daten vorhersagen. Das Induktionsgesetz, das das OP in einem Kommentar erklärt haben möchte, kann nicht erklärt werden, es ist ein gewähltes Axiom für das mathematische Modell, das zur Ableitung der Maxwell-Gleichungen verwendet wird. de.wikipedia.org/wiki/…
Spezielle Relativitätstheorie ist bereits ein Teil von EM! Einstein hat diese Symmetrie lediglich (!) in die klassische Mechanik transportiert.
Warum sieht das elektrische Feld eines sich bewegenden Teilchens wie das Feld eines stationären Teilchens aus, aber in Geschwindigkeitsrichtung „abgeflacht“? Antwort: Weil man sich aufgrund der speziellen Relativitätstheorie vorstellen kann, dass die Feldlinien der stationären Ladung bei Betrachtung aus einem bewegten Koordinatensystem eine Lorentz-Kontraktion erfahren. Ich glaube nicht, dass dieses Argument wirklich funktioniert. Die Lorentz-Kontraktion gilt für ein physisches Objekt und wird im Vergleich zum Ruhesystem des Objekts ausgedrückt. Ein elektrisches Feld ist kein physikalisches Objekt, und es hat nicht unbedingt ein Ruhesystem, obwohl es dort ein System geben kann B = 0 .

Antworten (2)

Diese Beiträge erklären jedoch relativistisch nicht, warum sich die Feldlinien an der Strahlungsfront so eigenartig verhalten.

Das ist einfach das Gesetz von Gauß. Das Gesetz von Gauß besagt, dass Feldlinien nur bei Ladungen beginnen und enden. Da an der Strahlungsfront keine Ladungen vorhanden sind, können die Feldlinien dort weder beginnen noch enden; sie müssen sich verbinden.

Lassen Sie uns diese Animation studieren

Nehmen wir an, alles passiert dort in einem großen Wasserbecken.

Betrachten wir besonders den Bereich links von der Ladung, wo sich die Feldlinien voneinander entfernen. Wassermoleküle sind auf eine bestimmte Weise ausgerichtet, und wenn die Feldstärke abnimmt, drehen sich die Moleküle auf eine bestimmte Weise, was bedeutet, dass die Ladungen der Moleküle auf eine bestimmte Weise beschleunigt werden.

Wenn eine Plus-Ladung nach Westen beschleunigt, tendieren benachbarte Plus-Ladungen dazu, nach Osten zu beschleunigen. Das ist das Phänomen namens Induktion, oder zumindest die Grundidee ist das.

Warum ist eine Feldlinie verdreht? In der Nähe des Bereichs, in dem sich die Verdrehung befindet, befinden sich Beschleunigungsladungen. Diese Beschleunigungsladungen induzieren in diesem Bereich ein elektrisches Feld.

Wenn uns der Mechanismus des Induktionsphänomens interessiert, ist das auch in der Animation zu sehen.

Ich hoffe, wir haben jetzt alles erklärt, was in der Animation passiert, einschließlich Strahlung, da eine Ladung beschleunigt wurde.

Link der Animation fehlt
@ user7072 Danke. Aber ... Induktion ist Teil des Phänomens, das ich hier erklären möchte. Es hängt auch davon ab, zu verstehen, was passiert, wenn sich Ladungen beschleunigen. Zweitens drehen sich Wassermoleküle so, wie sie es tun, WEIL das beschleunigte Teilchen ein bestimmtes elektrisches Feld erzeugt. Ich fürchte daher, dass diese Antwort ein Zirkelschluss ist. Aber danke trotzdem!
Stellen Sie vielleicht die Frage: "Wie wird die Induktion durch die Relativitätstheorie erklärt". Ich könnte antworten. Die Antwort könnte lauten: "eine beschleunigende Feldlinie zeigt in eine solche Richtung, dass eine Induktionswirkung entsteht". OK, das ist keine gute Antwort, da ich nicht weiß, wie Induktion aus der Relativitätstheorie folgt.
@stuffu-Induktion ist ein Beobachtungsgesetz, ein Axiom für die Elektrodynamik
Relativistische Erklärung der Strahlung
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