Sind Permanentmagnete ein relativistischer Effekt?

Die Beziehung zwischen Elektromagnetismus und spezieller Relativitätstheorie hat mich immer erstaunt, aber ich habe sie noch nicht ganz verstanden.
Missverständnisse und Widersprüche scheinen weit verbreitet zu sein und machen das Gesamtbild nicht leicht verständlich, wenn Ihr Hintergrund nicht stark genug ist. Manchmal hört man „Sie sind zwei Seiten derselben Sache, wie Raum und Zeit oder Masse und Energie“ oder dass „Magnetismus nur Elektrizität ist, die von einem anderen Bezugsrahmen aus gesehen wird“ oder „Magnetismus ist nur ein Quanteneffekt wie sowie Strom" .
Soweit es mich betrifft, könnten sie alle wahr sein oder ... nicht.
ICH'
Obwohl ich es sehr anschaulich und gut dargestellt fand, habe ich wirklich die Zusammenhänge nicht verstanden und wollte mehr wissen (wahrscheinlich seine Absicht), weil die Themen auf einer intuitiven Ebene präsentiert wurden, ohne sich zu sehr darum zu kümmern, wie oder warum sich Dinge verhalten dieser Weg.
Die Serie beginnt mit einer Einführung „Magnetismus und Elektrizität sind zwei verschiedene Seiten derselben Sache“ , zeigt dann „Magnetismus ist nur Elektrizität aus einem anderen Bezugsrahmen“ und schließt mit „Magnetismus ist ein Quanteneffekt“ (im Dauermagnet-Video) .
Insbesondere bei der Präsentation von Permanentmagneten scheint das Video unterschiedliche Annahmen zu treffen und widersprüchliche Aussagen zu treffen.
Es beginnt mit der Einführung des magnetischen Spinmoments eines Teilchens, das als "technischer Hokuspokus bezeichnet wird, um uns daran zu erinnern, dass Teilchen mit elektrischer Ladung auch ein magnetisches Moment haben" , aber die Wikipedia-Seite zu diesem Thema berichtet das Gegenteil : "Ein Teilchen kann haben ein magnetisches Spinmoment ohne elektrische Ladung. Zum Beispiel ist das Neutron elektrisch neutral ... ".
Nun, es ist nicht ganz das Gegenteil, aber es hindert uns daran zu sagen, dass das magnetische Moment eines Teilchens mit der Ladung zusammenhängt, also mit der Elektrizität.
Also, ich kann es wirklich nicht schaffen, dieses Thema zu beleuchten, vielleicht zu fortgeschritten für mich.
Aber die Neugier frisst mich auf und ich würde gerne wissen,
"Ist die Tatsache, dass Permanentmagnete das sind, was sie sind, ein Beweis dafür, dass Magnetismus nicht immer mit den elektrischen Eigenschaften eines Systems zusammenhängt und von ihnen bestimmt wird
? größeren Maßstab?" oder
" Ist Magnetismus eine Eigenschaft eines Teilchens, genau wie seine Ladung, also eine Quanteneigenschaft?"

Es gibt eine Diskussion von Daniel W. Schroeder mit dem Titel Magnetism, Radiation, and Relativity. Es ist eine quantitative Diskussion, die speziell geschrieben wurde, um so zugänglich wie möglich zu sein. Schroeder erwähnt, dass der Ansatz, den er verwendet, auf die 60er Jahre zurückgeht und im Lehrbuch über Elektrizität und Magnetismus von Edward M. Purcell veröffentlicht wurde
@Cleonis: Schroeders Notizen sehen gut aus, aber sie haben nichts über Permanentmagnete, darum geht es in dieser Frage.
Eine der häufigsten Reaktionen, die ich von Menschen sehe, die von einer ersten Lektüre von Purcell oder einer ähnlichen Behandlung beeindruckt waren, ist, dass sie denken, dass es mehr bedeutet, als es wirklich tut. Beispielsweise haben sie manchmal den Eindruck, dass es möglich sein soll, jedes Beispiel mit Magnetismus auf ein rein elektrisches Beispiel zu reduzieren, indem man einfach den Bezugsrahmen ändert. Alles, was wir wirklich aus solchen Dingen herausfinden, ist etwas über die Form der Maxwell-Gleichungen.
@BenCrowell danke für deinen Kommentar. Ich war schon immer fasziniert von der Purcell-Behandlung,

Antworten (1)

Die Idee, dass Magnetismus aus einem anderen Blickwinkel gesehen Elektrizität ist, hilft, ist aber etwas unvollständig

Was Sie wirklich bedenken sollten, ist, dass Elektrizität und Magnetismus ein einziges Phänomen sind: Elektromagnetismus

Betrachten Sie eine Erhöhung von v entlang der X Achse eines Bezugssystems, in dem wir elektrische Felder haben E und Magnetfelder B . Die Felder im verstärkten Rahmen werden (Sie können einen Beweis in den meisten E&M-Büchern für Studenten finden, ein nettes ist Feynman's Lectures)

E X ' = E X
B X ' = B X
E j ' = γ ( E j − v B z )
B j ' = γ ( B j + v C 2 E z )
E z ' = γ ( E z + v B j )
B z ' = γ ( B z − v C 2 E j )

Hier γ = ( 1 − v 2 C 2 ) − 1 2 ist der übliche Lorentzfaktor. Es ist nicht so einfach, dass elektrische Felder magnetisch werden. Es ist eher so, als würde sich beides vermischen.

Dieses Transformationsgesetz gilt für jedes elektromagnetische Feld, auch das eines Permanentmagneten. Wenn Sie sehr schnell auf einen Permanentmagneten schießen, erzeugt dieser ein elektrisches Feld (denken Sie an das Faradaysche Gesetz).

Damit sollten deine ersten beiden Fragen beantwortet sein. Aber auch die dritte ist fast schon eine wahre Aussage. Das magnetische Moment des Spins ist etwas, das in der Quantenfeldtheorie auftaucht. Das hat mit den vielen verschiedenen Möglichkeiten zu tun, "Wellenfunktionen" für relativistische Teilchen zu konstruieren.

Wenn wir sie konstruieren, müssen wir normalerweise ein Transformationsgesetz unter Lorentz-Transformationen auferlegen, und dies führt zu der Quantenzahl, die wir Spin nennen (da diese Transformationen Matrizen sind und nur eine ganzzahlige Anzahl von Dimensionen haben können).

Die Teilchen für sich allein behalten am Ende nur die Summe aus Gesamtspin und Drehimpuls bei, weshalb wir sagen, dass Spin eine Form des Drehimpulses ist. Wenn wir diese "Wellenfunktionen" jedoch an das elektromagnetische Feld koppeln, reagieren die Teilchen darauf wie ein Magnet mit einem magnetischen Moment, das proportional zu dieser Spinquantenzahl ist.

Ich würde also nicht sagen, dass der Spin von Natur aus quantenmechanisch ist, aber er ist dem Feldtheorie-Formalismus inhärent, auf dem wir die Quantenfeldtheorie aufbauen.

QFT kommt grundsätzlich dann zum Tragen, wenn die relevanten Energien mit der Masse der Teilchen vergleichbar sind. Aber selbst für niederenergetische Elektronen (Energie << 0,5 MeV) sind Spineffekte vorhanden und gut durch die Pauli-Gleichung beschrieben, die weder relativistisch noch Teil der QFT ist.
@GiorgioP stimmt, aber dann postulieren Sie Spin durch seine Algebra, anstatt ihn aus der Lie-Algebra der Lorentz-Transformationen auftauchen zu lassen
Sind Permanentmagnete ein relativistischer Effekt?
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