电力和磁力合并成一个力意味着什么?

时间:2021-05-29 08:36:26   作者:
电磁力结合的意义源于狭义相对论。对于电磁力和所有其他自然力来说,这种联系源于闵可夫斯基发现的时空几何,这是狭义相对论的基础,也可以引申为广义相对论。

狭义相对论表明固体物体的形状取决于一个观察者相对于该物体的运动。同样,流体根据观察者的运动经历各向异性的变化;与运动方向平行的原子平均间距比不运动的观察者更接近,而与运动方向垂直的原子间距则不受影响。

相对运动对时间的推移有相关的影响,但空间的影响更容易可视化,所以下面的解释集中在它们。

这种几何变化并不是物体的变化,正如一个事实所表明的那样,同一物体可能在同一时间有不同的形状,因为观察者相对于观察者的速度不同。特别是,一个相对于一个物体静止的观察者观察不到形状的变化,即使其他相对移动的观察者观察到形状的变化。

为了使物理学的基本原理有意义,它们必须适用于所有的物体和事件,不管它们是如何被观察到的。由于物体的形状和流体中原子的分布是由物理学的基本原理决定的,这些原理必须取决于如何观察它们,以一种与几何变化一致的方式。

由于这些形状和分布是由作用于物体内部的力决定的,因此这些力必须有速度依赖性,这样观察到的形状变化与观察到的力是一致的。

特别是,根据我们的经验,固体是由带负电的电子和组成它们的带正电的原子核之间的静电力结合在一起的。磁力是静电力中所需的与速度有关的分量。

最初,菲茨杰拉德证明了磁力完全适合这个角色。当时,磁力似乎是某种神秘阴谋的一部分,使得测量以太的速度变得困难。然后,爱因斯坦指出,没有理由假设存在以太这样的东西。最后,闵可夫斯基发现了时空的几何,从而完成了我们对狭义相对论的理解。

闵可夫斯基证明,仅仅因为他发现的时空几何,任何力都必须有一个与速度相关的分量,而这个分量正是由那个几何形状决定的。闵可夫斯基的数学通过张量微积分表达了这种几何的影响,这是由里奇-库巴斯特罗首先发展起来的。

例如,引力与速度有关,就像爱因斯坦利用闵可夫斯基的数学将静电力融入爱因斯坦的模型一样。麦克斯韦方程成为闵可夫斯基数学中的一个简单方程。要充分理解强核力和弱相互作用,必须用闵可夫斯基的数学表示,并相应地具有相似的速度相关分量。
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