יחסי הגומלין בין שדות חשמליים ו שדות מגנטיים הם אחד הרעיונות הבסיסיים בפיזיקה, ומושג זה קשור קשר הדוק לתורת היחסות. במאמר זה אסביר כיצד ייתכן ששדה מגנטי יכול להיחשב כשדה חשמלי שעליו חלה תורת היחסות.

שדות חשמליים ושדות מגנטיים

שדות חשמליים מגיעים ממטענים חשמליים, הם מפעילים כוחות גם על מטענים חשמליים אחרים בעוד שדות מגנטיים נפלטים ממטענים חשמליים נעים ואלה פועלים גם על מטענים נעים אחרים.

תורת היחסות הפרטית

לתורת היחסות הפרטית יש שתי הנחות: שחוקי הפיזיקה הם אינווריאנטיים תחת טרנספורמציות לורנץ בין מסגרות ייחוס אינרציאליות (כלומר הן קו-וריאנטיות), ושמהירות האור בריק היא קבועה ללא קשר לתנועה או מקור אור כלשהם.

תורת היחסות והאלקטרומגנטיות

עם זאת, כאשר בוחנים את האלקטרומגנטיות ביחס לעקרונות אלה כפי שהם מיושמים על ידי תיאוריות היחסות של איינשטיין, אנו מגלים כי תהליך זה מדגים שני היבטים נפרדים המכונים שדות אלקטרומגנטיים – כלומר שדה חשמלי ושדה מגנטי. שדה מגנטי עשוי להיראות כמו שדה חשמלי במסגרת אחרת, תלוי אם הצופה או המקור נמצאים בתנועה יחסית זה לזה.

שדה מגנטי כשדה חשמלי יחסותי

הבה נבחן חלקיק טעון חיובית הנע בתוך חוט; במסגרת הייחוס לחוט כזה קיים שדה חשמלי סביב חלקיק כזה. עם זאת, אם נשנה לנקודת המבט המגיעה מעצם רץ, אזי אטומים ניטרליים בתוך חוט יתחילו לנוע, בעוד שחלקיקים בעלי מטען שלילי נראים צפופים יותר עקב התכווצות האורך (תוצאה הנגרמת על ידי תורת היחסות הפרטית). כתוצאה מכך, קיים שדה חשמלי כאשר מסתכלים על המסגרת הנייחת שלו, אך מופיע כמגנטיות בתוכו.

מסקנה

לסיכום, ניתן להבין שדה מגנטי באמצעים יחסותיים ככוח חשמלי. הקשר הזה בין חשמל למגנטיות באמצעות תורת היחסות לא רק עוזר לנו להבין יותר על אלקטרומגנטיות, אלא גם חושף את טבעה העמוק של תורת היחסות של איינשטיין בתפיסתנו את המציאות הפיזיקלית.