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磁到底是怎么来的?它是相对论效应吗?

 昵称11935121 2018-03-29

是的。磁可以理解为是相对论带给电的一种附加效应。

磁到底是什么?我们都听过电磁波,磁场,磁体等等有关磁的物理术语。但是在牛顿以前,没有人认真思考这个问题。我们只能知道生活中的磁体可以吸引铁块,摩擦的衣服可以吸引头发丝这些和磁有关的现象。

麦克斯韦曾经预言了电磁波的存在,并暗示变化的电场会产生磁场。当然这早就已经得到了证实,我们知道通电的直导线会产生环形的磁场。这是由于电流中运动的电荷带来了磁场。

试想这样一个场景,你就知道磁场为什么是相对论效应的体现了

我们假设一个运动的自由电荷高速的在空间中移动,那么你既然观察到这个电荷是运动的,那么它势必会产生磁场。OK,这个时候你既看到了这个电荷在运动,还会感受到了这个电荷产生了磁场。

可是如果,把你自己想象成一个很小的物体,你可以跟着这个电荷保持相对的匀速运动。那么你观察到的这个电荷就是静止的。而我们又知道静止的电荷是不会产生磁场的。那么问题来了,你追随这个运动的电荷一起运动,观察到的电荷势必就没有了磁场了?那么这里的问题到底出现在哪?

最明确的解释,磁场就是电的相对论效应。电场和磁场本质上是同一种场,磁场只是电场的相对论的修正而已。而有时候,磁场的某些表示直接会用电的相对论效应来代替,比如磁场绕某一个曲线的环流需要用C²(光速的平方)来表示。

可能你还有一个疑惑。你学过通电导线也可以产生磁场的,而通电导线中电荷的定性移动速度是超级超级慢的,大概10秒才移动1毫米。不是说速度到达光速的十分之一才能体现出相对论效应吗? 这速度和光速差了13个数量级啊!电荷速度的平方和光速的平方差了整整25个数量级。难道相对论效应错了吗?

其实这反而证实了磁就是电的相对论效应。因为表现出的磁力也正好和电力差了25 个数量级。

那你又会问,既然电力和磁力差了那么多,磁力早就会被电力掩盖掉,怎么还会这么显著的表示出来? 其实导线中的不仅有带负电的电子,还有带正电的质子,而它们的数量往往还是一样多的,这样一来彼此会相互抵消电性,导致导线内基本是电中性的,所以电力就基本消失了,只显得有磁力了。

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