
的答案有个更简洁的模型。如果不想做定量的研究,看看那个就懂了。定量的话,我怕很多人不知道带电粒子运动怎样产生磁场。
这里强调一下:电磁感应不能作为电与磁是同一种东西的证据!电磁互相转化只能说明这两个东西的运动方程互相耦合,但如果没有对称性的话,它们还是两种不同的物质。就像不同夸克之间也能互相转化,三代中微子之间也会发生震荡,但通常我们把这些情况称为有不同物质。而夸克的三种颜色、电子的不同自旋态、电场与磁场,这些是由(完整的)对称性联系的,而对称性意味着我们换一个角度它们就会互相转化,而不需要经历什么物理过程。只有这样我们才把它们称为同一种物质。
谢
指出,虽然从不同角度看电磁场可以互相转化,但是通常不能完全转化,需要受一些不变量的限制。就有点像我们说时间和空间是一个整体,但是类时间隔和类空间隔还是有本质区别的。有的电磁场可以在某些参考系里是纯电场,但无法是纯磁场;有些却可以是纯磁场,但不能是纯电场。它们也是有本质区别的。
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高中物理级别的答案:
以上四个都是我们熟悉的事实。怎样看出电场和磁场其实是同一个东西呢?
想象一个通有电流的导线,一个带电粒子离导线一段距离有一个沿电流方向的速度。
经过简单的分析,导线会产生磁场,带电粒子会受到导线的吸引力。
但是,我们总可以变换参考系,使得带电粒子在新参考系下静止。
如果你相信相对性原理,那么这个粒子在新参考系下也必须受到导线的吸引力。
一个静止的带电粒子,只能受到电场的作用。
这就是磁场和电场在变换参考系下互相转换的最简单的模型。
你不仅可以算出新参考系下电场的大小,而且可以通过这个大小反推出新参考系下导线的电荷密度。
这个电荷密度是洛伦兹收缩效应导致的。
一个东西,从不同参考系去看表现不同,有的人画得像个星星,可那就是个杨桃,你敢说不是?
所以电场和磁场就是一个东西。
我们中学学习的简单的电磁学事实,就已经蕴含了狭义相对论的很多结论。
