运动的电荷为什么产生磁场？原来磁场是电场的相对论效应

我曾确信，在磁场中运动的电荷所受的力也是一种电场力，正是这种确信促使我去研究了狭义相对论。——爱因斯坦

运动的电荷会产生磁场，但运动是相对的，当我与电荷以相同的速度运动时，磁场还会存在吗？

粒子轨迹

答案是不存在，因为磁场的本质是电场的相对论效应。众所周知，相对论效应一般发生在高速或大质量的情况下，例如速度接近光速引发的钟慢效应，巨大质量引起的时空弯曲等等。然而磁场却是一种宏观可见的低速相对论效应。

磁场为什么是电场的相对论效应？

根据相对论，电场和磁场统一为电磁场，二者构成了一个二阶张量，换言之，电磁场可以分解为电场部分和磁场部分，但是电场和磁场不再具有绝对性，没有明显的分界线，需要根据观测者所在的参考系来决定，在某一参考系中观测者所观测到的是纯电场力，在另一参考系中观测者可能会观测为电场力与磁场力的合力。

相对论效应

简略证明如下：

假设一个相对静止的参考系S，以速度v相对运动的参考系S'。

在参考系S的竖直方向上经过两个电子（电荷量q），运动速度同参考系S'一样为v，方向都沿x轴的正方向。

在参考系S中，由于尺缩效应，电场线会更密集，在参考系S'中的场强为：

E'=E/γ

其中γ是洛伦兹因子：

在参考系S'中的电子相对静止，电子受力为：

根据狭义相对论的钟慢效应等，可得出力的变换公式，将F'变换回S系中：

可见F的大小出现了与速度有关的项，假设表征磁场强度B的公式为：

那么这一项就转变为了磁场中洛伦兹力公式：

电磁场

脑洞延伸：磁场并不存在，所以没有磁单极子？

任何磁铁都存在南极和北极，那么只有南极或北极的物质存在吗？专业的说，存在像电荷一样的磁荷么。

磁铁

根据上述理论，磁场是电场的一种相对论效应，这意味着，真正意义上的磁场并不单独存在，磁场就是另一种形式的电场（这正是磁场比电场小得多的原因），所以也就不可能存在磁单极子。然而1931年，狄拉克证明了一个非连续的电荷能够自然地从量子力学里产生出来，前提是假设磁单极子的存在，这样电荷就只能取某一单位的整数倍，这就是狄拉克量子化条件。

因此磁单极子是否存在，仍然是科学界的纷争。假设它不存在，可以简化理论，肯定当前的理论，但是谁又可以肯定当前的理论没有错误呢？假设它存在，则可以解决新的问题，带来新的可能性。所以你希望磁单极子存在吗？