¿Es real la masa electromagnética?

En sus Lectures on Physics vol II Ch.28-2 , Feynman calcula el momento del campo de una esfera cargada en movimiento con carga q , radio a y velocidad v . Él encuentra que el momento total en el campo electromagnético alrededor de la esfera cargada está dado por:

pags = 2 3 q 2 4 π ϵ 0 v a C 2 .

Él llama al coeficiente entre el momento del campo, pags , y la velocidad, v , la masa electromagnética:

metro eléctrico = 2 3 q 2 4 π ϵ 0 a C 2 .

Afirma que esta masa electromagnética metro eléctrico debe agregarse a la "masa mecánica" estándar de la esfera para dar la masa total observada del objeto.

¿Esta opinión sería aceptada por la mayoría de los físicos de hoy?

¿Se han realizado experimentos que muestren el efecto de la masa electromagnética adicional sobre la dinámica de un objeto cargado macroscópico?

Supongo que el problema es que tal efecto solo sería lo suficientemente grande como para ser observable para partículas cargadas como los electrones. En ese caso sería difícil distinguir la masa mecánica, presumiblemente debida al campo de Higgs, de la masa electromagnética. ¿Tal vez uno podría realizar un experimento de alta energía/escala de corta duración en un electrón que excluyera el efecto de la masa electromagnética?

Respuestas (4)

Este punto de vista no sería aceptado por los físicos de hoy.

Las partículas cargadas tienen masa mecánica, cantidad de movimiento y energía (reposo y cinética) y los campos tienen energía y cantidad de movimiento. La energía total se conserva. El impulso total se conserva.

¿Hay casos en los que puede ser sensato imaginar el momento del campo como un momento mecánico adicional? Claro, considere el artículo "Energía potencial electrostática que conduce a un cambio de masa inercial para un sistema de dos cargas puntuales" de Timothy Boyer en el American Journal of Physics 46(4) 383-385 (1978); http://dx.doi.org/10.1119/1.11328

Es un artículo breve, pero el punto es que si ignora las fuerzas que las cargas ejercen entre sí, entonces pueden actuar juntas y colectivamente como una partícula de diferente masa. En realidad, hay más de una partícula, cada una con su propia masa, su propia energía mecánica y su propio momento mecánico. Y hay campos, tanto externos como de cada carga. Y los campos colectivamente tienen energía de campo y cantidad de movimiento de campo. Y cuando ejerces fuerzas sobre las cargas, cada partícula siente una fuerza y ​​cambia su energía e impulso en consecuencia y también intercambian energía e impulso con los campos a través de los cuales las partículas cargadas dentro del sistema también se afectan entre sí.

Entonces, no es que deba agregar el impulso de campo al impulso mecánico desnudo para obtener algún tipo de impulso mecánico total. La física correcta es que necesita un impulso total que incluye todo el impulso mecánico (es decir, γ metro v → por cada partícula de masa metro ) y todo el impulso de campo. Y la única desviación permitida es que si desea ignorar algunos efectos, puede intentar salirse con la suya al intentar compensar ajustando algunas otras cosas.

Pero ten cuidado. A veces, las personas modifican las cosas de una manera dependiente del marco. Por ejemplo, con su esfera cargada, debe incluir la energía de enlace que mantiene la carga en la esfera antes de obtener algo que sea covariante relativista. Si incluyes todo, entonces funciona bien. Pero si ha incluido todo, solo tiene el impulso mecánico regular de cada carga y el impulso de campo total del campo total. O más probablemente, mida los cambios en el impulso.

Además, puede ser importante tener el impulso ubicado en el lugar correcto por razones relativistas.

esta masa electromagnética metro eléctrico has to be added to the standard "mechanical mass" of the sphere to give the total observed mass of the object.

 Would this view be accepted by most physicists today?

That is a wrong idea. Why?

There is no reason (in this case) to count quantity m elec , defined based on EM momentum distributed in the whole infinite space, to total mass of the sphere.

Since m elec is introduced in a setting where the sphere moves, let's think about this setting. Presumably the ideas behind counting m elec as contribution to inertial mass are something like these:

  1. when an external (non-electromagnetic) force F ext acts on the charged sphere, the equation of motion of the sphere can be written as

d d t ( γ metro mecánico v ) = F extensión + F em.estrés
dónde metro mecánico es la masa mecánica de la esfera sin carga y F em.estrés es la fuerza propia EM que actúa sobre la esfera debido a sus propias cargas y expresable por el tensor de tensión de Maxwell.

  1. el em La fuerza de tensión se puede expresar como

F em.estrés = − d PAGS puntiagudo d t

dónde PAGS puntiagudo es el momento de Poynting (integral de la densidad de momento de Poynting) del campo fuera de la esfera.

  1. PAGS puntiagudo es, al menos para velocidades bajas, directamente proporcional a la velocidad de la esfera, de manera similar al momento mecánico:
    PAGS puntiagudo = metro ellos v

dónde metro ellos es un coeficiente que depende de la carga y el tamaño de la esfera. Fue nombrada masa electromagnética .

Juntas, estas 3 ideas llevan a la conclusión de que la esfera cargada tiene mayor masa.

La idea 1. es verdadera en la teoría macroscópica; es una formulación de la ecuación de movimiento en presencia de fuerzas EM y no EM.

La idea 2. es verdadera solo si el flujo de impulso EM hacia o desde el infinito es cero. Esto es cierto si el campo es electrostático fuera de alguna esfera imaginaria que contiene la esfera material en cuestión. De acuerdo, se puede suponer que esto es cierto ya que no tenemos evidencia de lo contrario: quién sabe qué hay por ahí. Aún así, es una suposición especial sin fundamento en la experiencia.

(El impulso EM fuera de la esfera no tiene un vínculo inmediato con el movimiento de la esfera. Si está pensando en la tasa de cambio de PAGS puntiagudo da menos la tasa de cambio del momento restante en la esfera y su interior, esto no está justificado porque no sabemos que el momento total del mundo es constante, eso depende del estado del campo en el infinito y eso no es parte de la teoría.)

La idea 3. es válida solo mientras la esfera se mueva rectilíneamente. Para tal movimiento, la masa inercial de la esfera no se manifiesta de ninguna manera. La esfera debe someterse a una fuerza externa y debe medirse el cambio en su velocidad. Cuando la velocidad cambia, el campo EM en el marco del observador ya no es el de una esfera en movimiento rectilíneo, sino que contiene ondas. Esto significa que la fórmula en 3 ya no está justificada y en la mayoría de los casos no será válida.

Esto significa que la idea de la masa EM basada en el impulso EM del campo exterior es errónea. También es innecesario, ya que tenemos la ecuación de movimiento (ver 1.) que se puede usar para modelar el movimiento de la esfera (solo con masa mecánica normal).

Sin embargo, esto no significa que no haya masa electromagnética; solo que en este caso particular, se calculó de manera inválida.

Los sistemas de cargas que permanecen juntas durante algún tiempo y tienen energía EM distinta de cero distribuida en su vecindad experimentan un defecto de masa (positivo o negativo) debido a la interacción EM mutua. Por ejemplo, las partículas positivas y negativas juntas tendrán un defecto de masa positivo: una masa inercial más baja que la suma de sus masas mecánicas.

¿Se han realizado experimentos que muestren el efecto de la masa electromagnética adicional sobre la dinámica de un objeto cargado macroscópico?

No lo creo.

¿Podría explicar de dónde obtuvo sus ecuaciones de movimiento? Tal como lo entiendo, la conservación del momento se da como en.m.wikipedia.org/wiki/Maxwell_stress_tensor donde f es la tasa de cambio del momento mecánico, el término de estrés es el momento que ingresa al límite de alguna superficie (también conocido como fuerza que actúa sobre la superficie ) y luego ds/dt es el aumento en el momento del campo dentro del volumen. La forma en que configuraste tu respuesta parece indicar que − m 0 ϵ 0 ∂ S → ∂ t es " F mi X t "¿Puedes por favor elaborar?
Sé que esto es la disminución de algún impulso que normalmente es fuerza, ya que obviamente su respuesta dice que es una fuerza no electromagnética (como si fuera una fuerza EM, este término no sería la fuerza). Simplemente parece un poco ondulado afirmar que esto es F mi X t
La ecuación del movimiento proviene de la 2ª ley del movimiento, en su variante relativista: la tasa de cambio del momento relativista es igual a la suma de todas las fuerzas. En este caso, tenemos fuerzas EM y fuerzas no EM, que etiqueté F mi X t .

Como puede deducir del libro de texto, este "momento de campo" se mueve de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, donde el electrón es una carga puntual regular. Y la carga se mueve según su ecuación mecánica con una masa fenomenológica (experimental). Por lo tanto, no hay necesidad de agregar nada a este último: todo ya está bien. Cuando se suma la masa electromagnética a la masa experimental, se introduce un error en la ecuación. Las soluciones se vuelven malas. Para corregir este error, se agrega también una "masa desnuda" de signo opuesto para cancelar la masa electromagnética. Por lo tanto, no queda nada de él en las ecuaciones. Puedo decir con seguridad que no hay masa electromagnética. Pero hay un defecto de masa electromagnético debido a la interacción (no debido a la "autoacción").

Entonces, está diciendo que para las partículas cargadas, la masa electromagnética ya está incluida en la masa medida. Pero, ¿qué pasa con una esfera cargada macroscópica? ¿Tiene una masa ligeramente mayor que una esfera similar sin carga?
@JohnEastmond: Sí, para un par de cargas existe una noción de energía de interacción y es real (interacción de Coulomb). Contribuye a la masa total del sistema y se conoce como defecto de masa.
@JohnEastmond: No, la masa electromagnética de una partícula puntual no existe. No está incluido, se excluye cuando se incluye, perdón por el juego de palabras. Excluido con la masa desnuda, que tampoco existe. Ninguna expresión contiene estas masas, por lo que no existen.
Entonces, si un electrón se mueve dentro de una capa esférica cargada, ¿su masa efectiva incluirá la energía de interacción entre él y la capa? Al cargar el caparazón para decir 1 MV, el cambio de masa efectiva de electrones sería fácilmente medible mediante experimentos de desviación magnética. Me pregunto si tal experimento se ha realizado.
@JohnEastmond: Es la masa total del sistema la que depende de la interacción de los componentes del sistema. Las masas de constituyentes permanecen intactas; no son solo aditivos para obtener la masa total.
Pero en el caso de un electrón que se mueve dentro de una capa cargada, se encuentra que hay un impulso de campo mejorado fuera de la capa que es proporcional a la velocidad del electrón. La densidad del momento del campo viene dada por el producto cruzado del gran campo eléctrico radial debido a la capa y el campo magnético del electrón en movimiento. ¿Seguramente este impulso de campo debería agregarse al impulso mecánico del electrón?
Si es un momento de campo , ¿por qué debería atribuirse al momento mecánico del electrón?

" ¿Esta opinión sería aceptada por la mayoría de los físicos de hoy? "

¡No, no lo haría!

¿Por que no? Porque Thomson en 1881, y por lo tanto también Feynman y todos los QM que usan la derivación de Thomson, violan la ley de conservación de la energía.

Thomson, Feynman y QM ignoran injustamente, con su derivación en Lectures on Physics vol II Ch.28-2 , 1/3 de la masa electromagnética.

La violación de la ley de conservación de la energía por parte de Thomson, Feynman y QM en general se demuestra en el apartado 4 "La masa electromagnética" del artículo " La equivalencia de la energía magnética y cinética ".

¡Este error es también el origen del famoso problema 4/3 ikn Physics!

¿Es real la masa electromagnética?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v