¿Son los imanes permanentes un efecto relativista?

La relación entre el Electromagnetismo y la Relatividad Especial es algo que siempre me ha asombrado pero que aún no he entendido del todo.
Los conceptos erróneos y las contradicciones parecen estar muy extendidos, y no hacen que el panorama completo sea fácil de entender si su experiencia no es lo suficientemente sólida. A veces escuchas "Son dos lados de la misma cosa, en cuanto a espacio y tiempo, o masa y energía" , o que "El magnetismo es solo electricidad vista desde otro marco de referencia" , o "El magnetismo es solo un efecto cuántico como así como la electricidad" .
En lo que a mí respecta, podrían ser todas ciertas, o... no.
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Aunque lo encontré muy ilustrativo y bien expuesto, realmente no entendí las conexiones y me hizo querer saber más (probablemente su intención), porque los temas se presentaron en un nivel intuitivo sin importar demasiado cómo o por qué se comportan las cosas. de esa manera.
La serie comienza con una introducción "El magnetismo y la electricidad son solo lados diferentes de la misma cosa" , luego muestra "El magnetismo es solo electricidad de otro marco de referencia" y concluye "El magnetismo es un efecto cuántico" (En el video del imán permanente) .
Especialmente al presentar imanes permanentes, el video parece hacer suposiciones diferentes y hacer declaraciones contradictorias.
Comienza por inducir el momento magnético de espín de una partícula y lo aborda como "un galimatías técnico para recordarnos que las partículas con carga eléctrica también tienen un momento magnético" , pero la página de wikipedia sobre este tema informa lo contrario "Una partícula puede tener un momento magnético de espín sin tener carga eléctrica. Por ejemplo, el neutrón es eléctricamente neutro...".
Bueno, no es todo lo contrario, pero nos impide decir que el momento magnético de una partícula está relacionado con la carga, por lo tanto, con la electricidad.
Entonces, realmente no puedo aclarar este tema, tal vez demasiado avanzado para mí.
Pero la curiosidad me está comiendo y me gustaría saber,
"¿El hecho de que los imanes permanentes sean lo que son es una prueba de que el magnetismo no siempre está relacionado y determinado por las propiedades eléctricas de un sistema?", "¿ Es
el magnetismo realmente un efecto relativista, o tiene esta característica solo en un escala mayor?" ,
o "¿Es el magnetismo una propiedad de una partícula al igual que su carga, por lo que es una propiedad cuántica?"

Hay una discusión de Daniel W. Schroeder titulada Magnetismo, radiación y relatividad. Es una discusión cuantitativa, escrita específicamente para que sea lo más accesible posible. Schroeder menciona que el enfoque que utiliza se remonta a los años 60, publicado en el libro de texto Electricity and Magnetism de Edward M. Purcell.
@Cleonis: las notas de Schroeder se ven bien, pero no tienen nada sobre imanes permanentes, de eso se trata esta pregunta.
Una de las reacciones comunes que veo en las personas que han quedado impresionadas con una lectura inicial de Purcell o un tratamiento similar es que piensan que significa más de lo que realmente significa. Por ejemplo, a veces tienen la impresión de que se supone que es posible reducir cualquier ejemplo que involucre magnetismo a un ejemplo puramente eléctrico, simplemente cambiando los marcos de referencia. Todo lo que realmente descubrimos de este tipo de cosas es algo sobre la forma de las ecuaciones de Maxwell.
@BenCrowell gracias por tu comentario. Siempre me intrigó el tratamiento de Purcell,

Respuestas (1)

La idea de que el magnetismo es electricidad vista desde un marco diferente ayuda, pero es un poco incompleta.

Lo que realmente debes tener en cuenta es que la electricidad y el magnetismo son un solo fenómeno: el electromagnetismo.

Considere un impulso de v a lo largo de X eje de un marco de referencia en el que tenemos campos eléctricos mi y campos magnéticos B . Los campos en el marco mejorado se vuelven (puede encontrar una prueba en la mayoría de los libros de E&M de pregrado, uno bueno es Feynman's Lectures)

mi X ′ = mi X
B X ′ = B X
mi y ′ = γ ( mi y − v B z )
B y ′ = γ ( B y + v C 2 mi z )
mi z ′ = γ ( mi z + v B y )
B z ′ = γ ( B z − v C 2 mi y )

Aquí γ = ( 1 − v 2 C 2 ) − 1 2 es el factor habitual de Lorentz. No es tan simple como que los campos eléctricos se vuelvan magnéticos. Es más como si ambos se estuvieran mezclando.

Esta ley de transformación es válida para cualquier campo electromagnético, incluido el de un imán permanente. Si disparas un imán permanente muy rápido, generará un campo eléctrico (recuerda la Ley de Faraday).

Esto debería responder a sus dos primeras preguntas. La tercera, sin embargo, también es casi una declaración verdadera. El momento magnético de espín es algo que surge en la teoría cuántica de campos. Tiene que ver con las muchas formas diferentes que tenemos para construir "funciones de onda" para partículas relativistas.

Cuando las construimos, generalmente necesitamos imponer una ley de transformación bajo las transformaciones de Lorentz, y esto da lugar al número cuántico que llamamos espín (ya que estas transformaciones son matrices y solo pueden tener un número entero de dimensiones).

Por sí mismas, las partículas solo terminan conservando la suma del giro total y el momento angular, por lo que decimos que el giro es una forma de momento angular. Sin embargo, cuando acoplamos estas "funciones de onda" al campo electromagnético, las partículas terminan reaccionando a él de la misma manera que un imán con un momento magnético proporcional a este número cuántico de espín.

Así que no diría que el espín es inherentemente mecánico cuántico, pero es inherente al formalismo de la teoría de campos en el que construimos la teoría cuántica de campos.

QFT entra en juego de manera fundamental cuando las energías relevantes son comparables con la masa de las partículas. Sin embargo, incluso para electrones de baja energía (energía << 0.5 MeV) los efectos de espín están presentes y bien descritos por la ecuación de Pauli, que no es relativista ni parte de QFT.
@GiorgioP es cierto, pero luego estás postulando un giro a través de su álgebra en lugar de dejar que salga a la superficie de las transformaciones del álgebra de mentira de Lorentz
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