Wenn sich ein Elektron ständig bewegt, bewegt sich sein elektrisches Feld sofort mit?

Angenommen, ich nehme ein riesiges Blatt Papier, viele Lichtjahre groß, und schreibe darauf eine Reihe von Linien, die sich alle in einem Punkt schneiden. Ich könnte den Winkelabstand gleichmäßig machen, in diesem Fall könnte dies ein Bild der Feldlinien einer Ladung in ihrem Ruherahmen sein, aber für die Beantwortung Ihrer Frage spielt dies eigentlich keine Rolle. Der Winkelabstand kann beliebig sein.

Wenn sich das Papier nach rechts bewegt, kann ein weit entfernter Beobachter, der auf den Teil des Papiers in seiner Nähe schaut, auf das Papier schauen und eine Linie sehen, die in einem bestimmten Winkel zeigt, und wenn er dann eine Stunde später noch einmal nachschaut, Sie sehen eine Linie, die in einen anderen Winkel zeigt. Darin liegt nichts, was die Relativitätstheorie verletzt, und es werden keine Informationen aus der Mitte des Papiers in die entfernten Teile davon propagiert.

Was gegen die Relativitätstheorie verstoßen würde, wäre, wenn wir die Mitte des Papiers greifen, seinen Bewegungszustand ändern und den Effekt sofort weit entfernt beobachten könnten. Das wäre analog zu einer plötzlichen Änderung der Ladungsbewegung. Wenn Sie das tun, wird die Änderung nach außen weitergegeben$c$.

Ja, in gewissem Sinne bewegt sich das Feld "sofort" zusammen mit seiner Quelle (wenn sich diese Quelle gleichmäßig bewegt).

Es gibt keine Aberration der Kräfte. Zum Beispiel nähern sich eine beleuchtete geladene Kugel und Sie beide in gleichförmiger Trägheitsbewegung auf Pfaden, die nicht kollidieren. Licht, das von der Kugel kommt, scheint sich Ihnen in einem relativistischen Aberrationswinkel zu nähern$\sin\alpha = v/c$. Die elektromagnetische Anziehungskraft der Kugel erfährt jedoch keine Aberration. Es zeigt direkt auf die tatsächliche Position.

Theoretisch können Sie also immer die tatsächliche Position der Ladung kennen und ihr folgen.

Es ist sehr einfach, es zu verstehen, indem man Frames vertauscht. Denken Sie nur an eine „ruhende“ Ladung, die das Feld ausbreitet und an einen Beobachter (ein Testteilchen), der sich in diesem Feld bewegt. Es macht deutlich, dass die Richtung der von der Kugel auf das Testteilchen ausgeübten elektrischen Kraft direkt auf die tatsächliche Position der Kugel zeigt.

Das bedeutet nicht, dass sich die Kraft unendlich schnell ausbreitet. Die Kraft auf ein Testteilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt ist auf das elektromagnetische Feld in unmittelbarer Nähe des Teilchens zu diesem Zeitpunkt zurückzuführen.

Aberration von Kräften und Wellen

Nein, das Feld ändert sich nicht sofort.

Während die Ladung beschleunigt, „kräuselt“ sich das Feld. Wenn die Beschleunigung abgeschlossen ist und sich die Ladung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist das Feld danach stabil.

Die Welle bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit nach außen, und hinter der Welle bewegt sich das stabile Feld ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit nach außen.

Das Quellereignis, das das Feld irgendwann an einem Ort verursacht hat, liegt tatsächlich in der Vergangenheit dieses Feldereignisses, nicht am gegenwärtigen Ort des geladenen Teilchens, also verdient dies einige Überlegung. Hier ist ein Zitat aus Abschnitt 7.3 von Relativity Made Relatively Easy : „... das Feld scheint zu ‚wissen‘, wo sich die sich bewegende Quelle jetzt befindet. ... Es ist, als ob die Quelle ihre 'Marschbefehle' an das Feld in der Form 'Stellen Sie sich auf meine zukünftige Position, in der Annahme, dass ich mit konstanter Geschwindigkeit fortfahren werde' gibt." Dies ist, was passiert, und es wird gebracht etwa durch gewöhnliche lichtgeschwindigkeitsbegrenzte Kommunikation vom Quellereignis zu einem bestimmten Feldereignis.Man könnte aus anderen Überlegungen argumentieren, dass es so herauskommen muss, aber es ist sehr schön zu sehen, dass alles zusammenhängt, wenn man die Berechnung durchführt der Lösung basierend auf Lineart-Wiechart-Potentialen.