¿Por qué una partícula cargada que se mueve con velocidad constante no produce ondas electromagnéticas?

La respuesta de Riemannium aborda por qué necesita aceleración para formar ondas EM. Golpearé de una manera diferente que creo que llega al título de su pregunta sobre por qué las cargas que se mueven a una velocidad constante no producen ondas EM. En la discusión subsiguiente, todos los marcos de referencia mencionados son marcos de referencia inerciales.

La forma más fácil de razonar que las cargas que se mueven a una velocidad constante en relación con nosotros no emitirán radiación es observar que siempre podemos impulsar a un marco que se mueve junto con la carga. Entonces solo veremos una carga estacionaria con solo un campo eléctrico constante.

Ahora, no tendría sentido que no veamos una onda EM en nuestro marco, pero alguien que se mueve cerca de nosotros sí lo haría. Si existe una onda EM en un marco de inercia, debe existir en todos los marcos de inercia. Por lo tanto, debe ser que una carga que se mueve a una velocidad constante (en algún marco de referencia inercial) no puede producir una onda EM.

De acuerdo, intentaré con una explicación pobre pero "intuitiva".

Según las teorías de la relatividad, "es imposible saber si estás en reposo o si te mueves a velocidad constante".

Sabemos que una carga en reposo no emite ninguna onda.

Si te estuvieras moviendo a velocidad constante y vieras una carga estática emitiendo una onda, pensarías "esta carga en realidad no es estática porque emite ondas, así que estoy viendo estática porque me estoy moviendo con la misma velocidad que ella". , así que no estoy en reposo".

Eso violaría uno de los principios más básicos de la física: no se puede saber si el tren avanza o si el paisaje retrocede, siempre que$\vec{v}$es constante

Comprobar que lo contrario daría lugar a la existencia de “observadores privilegiados”, u “observadores en reposo absoluto ”. Esto no tiene sentido.

Por lo que debemos descartar la idea de cargas moviéndose a velocidad constante emitiendo ondas. Deben ser cargos acelerados, solo porque no hay otra opción.

Ok, si tomas las ecuaciones de Maxwell y las manipulas un poco, puedes obtener

$$\begin{aligned} \frac{\partial B}{\partial t} \quad & = -\quad \nabla\times E, \\[5pt] \frac{\partial E}{\partial t} \quad & = \frac{1}{c^2} \nabla\times B - \frac{1}{\epsilon_0}J \\[5pt] . \end{aligned}$$ Verá que el lado izquierdo le garantiza que un campo magnético variable generará un campo eléctrico, y un campo eléctrico variable (significa que cambia con el tiempo) producirá un campo magnético. La definición de campo eléctrico está dada por la fuerza que siente una carga de prueba de otra carga. más exactamente, $$E = k q_1 \frac{\vec{x} - \vec{x_1}}{|\vec{x} - \vec{x_1}|^3}$$ donde q1 es la carga que te da el campo eléctrico en el punto x, y esta carga q1 está situada en el punto x1.

nvm, ignora todo...

Enfoque intuitivo: te sientas en un electrón, ves un campo eléctrico que se extiende a tu alrededor, pero nada más. Lo que Newton nos enseñó es que no se puede notar la diferencia entre quedarse quieto o moverse con velocidad constante. Por lo tanto, si no puede decir que se está moviendo en absoluto, de Maxwell eq, no puede tener B, que es el campo magnético. Si no puede tener B, no puede tener B variable, no puede tener E variable, por lo tanto, no puede tener un campo EM, solo detectará ese campo electrostático si se sienta en un electrón (que se mueve con velocidad constante ). fml Soy el peor explicador de todos.

Clásicamente: se necesita una aceleración de una carga para producir radiación electromagnética. El tensor electromagnético se acopla para cargar, por lo que si observa la segunda ley de Newton:

$$\dot{P^\mu}=QF^{\mu\nu}\dot{X_{\nu}}$$ Entonces, para tener una onda electromagnética, una solución de $$\square^2 A^\mu=\mu_0J^\mu$$ con $F_{\mu\nu}=\partial_\mu A_\nu-\partial_\nu A_\mu$en forma de, por ejemplo, una onda plana, necesita una intensidad de campo no nula $F_{\mu\nu}$y por lo tanto un impulso variable, y por lo tanto una aceleración. Cuánticamente (respuesta mucho más complicada, pero la simplificaré sin electrodinámica cuántica ni teoría electrodébil): para tener un campo interactuante y tener "ondas" por excitaciones del vacío de la teoría, necesitas algo que vibre... Y las perturbaciones son imposibles sin alguna variación temporal del impulso generalizado. Para un campo espinoso, también requiere un "campo de onda" adecuado. Llenan el continuo espacio-tiempo completo.

Una buena escapatoria a mi argumento anterior debería ser sobre qué causa las ondas gravitacionales, ya que el impulso se conserva... Entonces, ¿qué causa las ondas gravitacionales? ¡Perturbación del vacío de la teoría de la gravedad (el propio campo métrico)! La fuente de gravedad son los campos de conexión y las variaciones locales del espacio-tiempo, ya que tienes conservación del tensor de energía-momento, necesitas algo más... De hecho, hay otro momento... Los dipolos son fuentes de campos electromagnéticos, necesitas dos cargas para oscilar o una sola carga oscilando rápidamente para producir una onda electromagnética, se necesitan masas asimétricas en movimiento para obtener ondas gravitacionales... Y, al menos, una variación de momento cuadripolar no nula para obtener ondas gravitacionales...