Wie ist ein Magnetfeld nur ein elektrisches Feld mit der Relativitätstheorie angewendet?

Die Wechselbeziehungen von elektrischen Feldern und Magnetfelder sind eine der grundlegenden Ideen in der Physik, und dieses Konzept ist eng mit der Relativitätstheorie verbunden. In diesem Artikel werde ich erklären, wie es möglich ist, dass ein magnetisches Feld als ein elektrisches Feld betrachtet werden kann, auf das Relativität anwendbar ist.

Elektrische und magnetische Felder

Elektrische Felder kommen von elektrischen Ladungen, sie üben auch Kräfte auf andere elektrische Ladungen aus, während Magnetfelder aus beweglichen elektrischen Ladungen ausgehen und diese auch auf andere bewegliche Ladungen wirken.

Die spezielle Relativitätstheorie

Die spezielle Relativitätstheorie hat zwei Postulate: dass die Gesetze der Physik unter Lorentz-Transformationen zwischen Trägheitsreferenzrahmen invariant sind (d. h. sie sind kovariant) und dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum unabhängig von jeder Bewegung oder Lichtquelle konstant ist

Relativität und Elektromagnetismus

Wenn wir jedoch den Elektromagnetismus in Bezug auf diese Prinzipien betrachten, wie sie von Einsteins Relativitätstheorien angewendet werden, stellen wir fest, dass dieser Prozess zwei getrennte Aspekte zeigt, die als elektromagnetische Felder bekannt sind, nämlich elektrisches Feld und magnetisches Feld. Ein Magnetfeld kann in einem anderen Bild wie ein elektrisches Feld erscheinen, je nachdem, ob der Beobachter oder die Quelle relativ zueinander in Bewegung ist.

Magnetfeld als relativistisches elektrisches Feld

Betrachten wir ein positiv geladenes Teilchen, das sich in einem Draht bewegt; im Bezugsrahmen für einen solchen Draht gibt es ein elektrisches Feld um dieses Teilchen herum. Wenn wir jedoch in den Blickwinkel wechseln, der von einem laufenden Objekt kommt, beginnen sich dann neutrale Atome innerhalb des Drahtes zu bewegen, während negativ geladene Teilchen aufgrund der Längenkontraktion (eine Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie) dichter gepackt erscheinen. Folglich existiert ein elektrisches Feld, wenn man es gegen seinen stationären Rahmen betrachtet, erscheint aber als Magnetismus darin.

Schlussfolgerung

Abschließend kann ein Magnetfeld durch relativistische Mittel als elektrische Kraft verstanden werden. Diese Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus durch die Relativitätstheorie hilft uns nicht nur, mehr über den Elektromagnetismus zu verstehen, sondern offenbart auch die tiefgreifende Natur der Relativitätstheorie von Einstein in unserer Wahrnehmung der physischen Realität.