상대론적 전자석학

Relativistic electromagnetism
이 글은 전자석의 단순화된 표시에 관한 것으로, 특수상대성이성을 통합한 것이다. 특수상대성이론과 전자석의 관계에 대한 보다 일반적인 기사는 고전적 전자성과 특수상대성이론을 참조하십시오. 자세한 내용은 고전적 전자석의 공변량 제형을 참조하십시오.
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상대론적 전자석은 쿨롱의 법칙과 로렌츠 변환으로 인한 전자기장 이론에서 설명하는 물리적 현상이다.

전자기학

맥스웰이 1873년 전자기장의 미분방정식 모델을 제안한 후, 예를 들어 1884년 존스홉킨스 대학에서 열린 켈빈의 마스터 클래스에서 1세기 후에 기념하는 등, 필드의 작용 메커니즘이 문제가 되었다.[1]

다양한 움직이는 관찰자로부터 볼 때 방정식이 일관성을 유지한다는 요건은 빛과 방사선에 의해 중재가 이루어지는 4-공간의 기하학적 이론인 특수상대성이론으로 이어졌다.[2] 스페이스타임 기하학은 전기 기술, 특히 발전기, 모터 및 조명에 대한 기술적 설명을 위한 처음에는 맥락을 제공했다. 쿨롱 힘은 로렌츠 힘까지 일반화되었다. 예를 들어, 이 모델과 함께 송전선과 전력망이 개발되었고 무선 주파수 통신이 탐구되었다.

상대론적 기준으로 본격적인 전자기학을 탑재하려는 노력은 1912년[3] 프로젝트 개요부터 그의 교과서인 전자역학(1940년)[4] 이동 관측자 위에서 바라본 전기장과 자기장의 상호 작용(미분방정식에 따른)을 살펴보는 레이 페이지의 작업에서 엿볼 수 있다. 전기 공학에서 전하 밀도란 것은 적절한 전하 밀도가[5][6][7] 되고 움직이는 관찰자를 위해 자기장을 생성한다.

전기전자공학자의 교육과 훈련을 위한 이 방법에 대한 관심의 부활은 1960년대 리처드 파인만의 교과서 이후 일어났다.[8] 로서의 상대성을 통한 고전적 전자석학은 적절한 전하 밀도를 도식적으로 나타낸 앤서니[10] 프렌치 교과서에서 다루었던 것처럼 인기가 있었다.[9] 한 작가는 "맥스웰 — 뉴턴, 쿨롱, 아인슈타인으로부터"라고 선언했다.[11]

소스-charges에서 전자기장을 설명하기 위해 지연 전위를 사용하는 것은 상대론적 전자석의 표현이다.

원리

한 관성 기준 프레임의 전기장이 첫 번째 관성 기준 프레임에 대해 움직이는 다른 기준 프레임에서 어떻게 보이는가에 대한 문제는 이동 선원에 의해 생성된 필드를 이해하는 데 결정적이다. 특별한 경우, 필드를 작성하는 소스는 기준 프레임 중 하나에 대해 보류한다. 공급원이 정지해 있는 프레임의 전기장을 볼 때, 사람들은 다음과 같이 물을 수 있다: 다른 프레임의 전기장은 무엇인가?[12] 선원의 나머지 프레임에서 어느 시점(공간과 시간)의 전기장을 알고, 두 프레임의 상대 속도를 알면 다른 프레임의 동일한 지점에서 전기장을 계산하는 데 필요한 모든 정보를 얻을 수 있었다. 즉, 다른 프레임의 전기장은 그 지점에서 첫 번째 프레임의 전기장의 국부적 가치에만 의존할 뿐, 소스 전하의 특정 분포에 의존하지 않는다. 그러므로 전기장은 멀리 떨어진 요금에 대한 영향력을 완전히 대변하는 것이다.

또는 자석의 도입적 치료에서는 전류를 수반하는 자기장을 기술하는 바이오트-사바트 법칙을 도입한다. 정전기, 자유전하 시스템과 관련하여 휴식 중인 관찰자는 자기장을 볼 수 없을 것이다. 그러나 동일한 전하 집합을 보는 움직이는 관찰자는 전류, 즉 자기장을 지각한다. 즉, 자기장은 단순히 움직이는 좌표계에서 볼 수 있는 전기장이다.

중복

전자석의 모든 수학 이론이 상대론적이기 때문에 이 글의 제목은 중복적이다. 실제로 아인슈타인이 썼듯이, "특별한 상대성 이론은... 점원 맥스웰과 로렌츠의 전기역학의 체계적 발전이었다."[13] 맥스웰의 이론에서 공간적 변수와 시간적 변수의 조합은 4매니폴드의 입학을 요구하였다. 유한 광속 및 기타 일정한 운동선은 해석 기하학으로 설명하였다. 공간 내 전기장과 자기 벡터장의 직교성은 시간 인자에 대해 쌍곡선 직교성에 의해 확장되었다.

Ludwik Silberstein이 그의 교과서인 상대성 이론 (1914)[14]을 출판했을 때 그는 새로운 기하학을 전자석에 연관시켰다. 패러데이의 유도의 법칙은 아인슈타인이 1905년 "자석과 도체의 전기동적 작용"에 대해 썼을 때 시사했다.[15]

그럼에도 불구하고, 이 글의 참조에 반영된 열망은 실제 힘과 전류에 연역 경로를 제공하는 스페이스와 전하 분석 기하학을 위한 것이다. 이러한 전자파 이해로 가는 왕실의 경로는 부족할 수 있지만, 다음과 같은 차등 기하학으로 길이 열렸다. 스페이스타임의 사건에서의 접선 공간은 선형 변환에 의해 작동 가능한 4차원 벡터 공간이다. 전기학자가 관측한 대칭은 선형 대수학 및 미분 기하학에서 발현을 찾는다. 외부 대수학을 사용하여 전기장과 자기장으로부터 2형식 F를 구성하고 묵시적인 이중 2형식 *F를 구성하면 dF = 0, d*F = J(현재) 등식은 차동형식 접근법으로 맥스웰의 이론을 표현한다.

참고 항목

참고 및 참조

  1. ^ Kargon, Robert; Achinstein, Peter (1987). Kelvin's Baltimore Lectures and Modern Theoretical Physics: Historical and philosophical perspectives. MIT Press. ISBN 0-262-11117-9.
  2. ^ 나를 다소 직접적으로 특수 상대성 이론으로 이끈 것은 자기장에서 움직이는 신체에 작용하는 기전력은 다름 아닌 전기장일 뿐이라는 확신이었다. 알버트 아인슈타인 (1953년)
  3. ^ Page, Leigh (1912). "Derivation of the Fundamental Relations of Electrodynamics from those of Electrostatics". American Journal of Science. 34 (199): 57–68. Bibcode:1912AmJS...34...57P. doi:10.2475/ajs.s4-34.199.57. If the principle of relativity had been enunciated before the date of Oersted’s discovery, the fundamental relations of electrodynamics could have been predicted on theoretical grounds as a direct consequence of the fundamental laws of electrostatics, extended so as to apply to charges relatively in motion as well as charges relatively at rest.
  4. ^ Page, Leigh; Adams, Norman Ilsley (1940). Electrodynamics. D. Van Nostrand Company.
  5. ^ Mould, Richard A. (2001). Basic Relativity. Springer Science & Business Media. § 62, Lorentz force. ISBN 0387952101.
  6. ^ Lawden, Derek F. (2012). An Introduction to Tensor Calculus: Relativity and Cosmology. Courier Corporation. p. 74. ISBN 978-0486132143.
  7. ^ Vanderlinde, Jack (2006). Classical Electromagnetic Theory. Springer Science & Business Media. § 11.1, The Four-potential and Coulomb’s Law, page 314. ISBN 1402027001.
  8. ^ Feynman, Richard (1964). The Feynman Lectures on Physics. Vol. 2. Section 13-6.
  9. ^ Rosser, W.G.V. (1968). Classical Electromagnetism via Relativity. Plenum Press.
  10. ^ French, Anthony (1968). Special Relativity. W. W. Norton & Company. Chapter 8.
  11. ^ Tessman, Jack R. (1966). "Maxwell - Out of Newton, Coulomb, and Einstein". American Journal of Physics. 34 (11): 1048–1055. Bibcode:1966AmJPh..34.1048T. doi:10.1119/1.1972453.
  12. ^ Purcell, Edward M. (1985) [1965]. Electricity and Magnetism. Berkeley Physics Course. Vol. 2 (2nd ed.). McGraw-Hill.
  13. ^ A. 아인슈타인 (1934) (Alan Harris 번역기) 과학 에세이, 인터넷 아카이브(Internet Archive)를 통해 57페이지
  14. ^ L. 실버슈타인 (1914년) 인터넷 아카이브를 통한 상대성 이론
  15. ^ A. 아인슈타인(1905) 초:On_the_Electrodynamics_of_Moving_Badies_(1920_edition)