Довольно занятно получается, когда некоторое привычное физическое явление оказывается вдруг… несуществующим. Точнее, лучше будет сказать, что оно есть и мы с ним вполне взаимодействуем, но по своей природе оно скорее иллюзорно. В физическом смысле оно как тень от дерева в солнечный день.

На удивление, подобных явлений науке известно довольно много. Обычно в этих случаях проявление природы или эффекта не будет фундаментальной сущностью. Оно лишь будет вытекать из работы других взаимодействий. И, пожалуй, самое удивительное тут – магнитное поле.

Мы встречаем его настолько часто и так активно оно пронизывает наши школьные знания, что воспринимать магнитное поле как очередную тень от чего-то более глобального просто невозможно. Если про гравитацию только ленивый не слышал, что она есть некоторая иллюзия, порождённая пространством, то вот про магнетизм это звучит как-то уж совсем непривычно.

С точки зрения классической физики, магнитное поле - это просто один из способов описать взаимодействие электрических зарядов, движущихся с определённой скоростью. Ну а в бытовом смысле магнитное поле реально действует на объекты самого разного типа и потому странно считать несуществующим. Оно так хорошо не существует, что магниты ухитряются таскать целые поезда и поднимать машины.

Вот только когда речь заходит у фундаментальной сущности этого поля, всё становится очень интересно и запутанно. Давайте попробуем разобраться в вопросе без изобилия математики и сложных описаний.

Поле без собственной частицы

Вероятно вам знакомо утверждение, что у каждой частицы должно быть и собственное поле? Это работает и наоборот. В физике так обычно и получается.

У электрического поля есть электроны, у сильного поля – есть кварки и глюоны и это правило работает для всех частиц. А у магнитного поля есть…магнитные монополи.

Если вы интересуетесь популярной наукой, то, наверное, тут у вас уже немного замкнуло. Ведь магнитный монополь и его поиск – одна из излюбленных тем научпоп физики. Кратко проблематику можно обозначить очень просто.

Магнитного монополя, вроде как, не существует. Или он не был найден. Но его постоянно ищут. Выберите тот вариант, который вам больше приходится по душе. Всё равно не ошибётесь на текущем уровне развития научного знания. Вопрос риторический и монополь, вроде бы, следует из математики, но не про какое экспериментальное обнаружение речи не идёт.

Но зато существует магнитное поле и у него нет какой-то собственной частицы, которая являлась бы инициатором этого поля. Как-то это странно и не очень похоже на общую систематику.

Наверное, по этой причине логично было бы тут пойти вторым путём, про который мы уже косвенно упомянули, назвав волшебное слово "гравитация". Если есть явление и нет какой-то фундаментальной базы типа бозона, то оно, вероятнее всего, является иллюзией. Иллюзией, которая может навредить или помочь, но на уровне своей природы формируется из-за совместного действия разных сил или явлений, относящихся к вопросу лишь косвенно. Собственно, как и в случае с гравитацией, где никто не тянет канатом яблоко в воронку, а оно всё-таки падает.

Про связь электричества и магнетизма

Если вы внимательны, то помните, что магнитное поле всегда связано с полем электрическим. В большинстве источников вы всегда будете видеть общее электромагнитное поле, а по-отдельности они приводятся довольно редко. В общем смысле это вообще одна двуликая сущность.

Потому и "инициатором" магнитного поля обычно обозначен всё тот же электрический заряд или, ещё чаще в учебниках - самый обычный электрон. Ну а на графиках всегда приведены две составляющие поля, ориентированные правильным образом друг относительно друга – магнитная и электрическая.

Такая двойственность позволяет полагать, что основа для магнетизма – это всё тот же электрон? И да, и нет. У электрона есть собственное поле. Как-то странно в рамках общего подхода знать, что у одной частицы два своих поля. Противоречие нужно было как-то решить и магнитное поле связали не просто с неподвижным зарядом, а с движущимся электрическим зарядом. Это тоже, в общем-то, не новость и вы помните, когда появляется разговор про магнитные свойства.

Так чем же является магнитное поле?

Получается, что из вышесказанного следует простой тезис – магнитное поле есть лишь тень движущегося электрона? В общем-то, похоже, что да.

Магнитное поле есть лишь часть электромагнитного поля, возникающая из движения зарядов. В квантовой теории поля его можно разложить на кванты или фотоны. Фотоны переносят электрическое и магнитное поля. Магнитное поле питается фотонами, но отдельной частицы, которая была бы только магнитной, нет. По факту носитель поля фотон, а инициатор - электрон (но движущийся).

У магнитной силы нет отдельной частицы, а фотон переносит сразу оба компонента. Но при этом частица, из которой поле рождается – это именно движущийся электрон или (электрический заряд).

Само собой, эта история с движущимся электроном, должны была бы иметь какое-то более логичное объяснение. Ведь мы не навешиваем на остальные частицы такие свойства. И его нашли в релятивизме.

Во всём виноваты релятивисты

Релятивизм - это когда из одной системы отсчёта нам кажется что-то про другую систему отсчёта. И так оно работает применительно к самым разным параметрам.

На самом деле, слово «кажется» очень плохое. Но также плохо говорить, что объект реально деформируется. Я рассказывал про это явление в ролике. Про наблюдаемое явление лучше было бы сказать, что специфические свойства самого пространства-времени, создают такой странный для интуитивного осознания эффект. Его мы и видим, когда рисуют всякие сплющенные гоночные машины, которые подверглись Лоренцову сжатию.

Вот также случилось и с магнитным полем.

С точки зрения теории относительности магнитное поле - это побочный эффект движения зарядов относительно наблюдателя. Если смотреть с точки зрения покоящегося заряда, частица может видеть только электрическое поле, а магнитное поле появляется, когда система движется. Именно это движение из системы отсчёта наблюдателя является тем, что мы ощущаем как притяжение гвоздя к магниту или отталкивание между магнитами. Потому и проявляется вся эта история с магнетизмом, когда заряд перемещается в пространстве.

Математически там всё красиво вырисовывается, но приводить эти сложные вычисления мне кажется не очень уместным. Важно лишь самое главное - как и изменение размера объекта при приближении к околосветовой скорости, магнитное поле есть странное проявление от электрического заряда, при рассмотрении из другой системы отсчёта.

То есть магнитное поле - это не отдельная самостоятельная физическая сущность, а проекция электрического поля в движущейся системе отсчёта. Потому не будет большой ошибкой сказать… что магнитного поля… не существует. Так частенько и говорят.

Для более простого восприятия давайте переформулируем иначе. В системе покоя заряда ты видишь электрическое поле и пока заряды стоят на месте магнитного поля нет. Когда эти же заряды движутся и появляется ток, то возникает и магнитное поле. Но фокус в том, что ничего нового физически не появилось. Магнитное поле - это электрическое поле, "увиденное" из другой системы отсчёта.

Зато теперь прекрасно всё увязывается с постоянной дружбой между магнетизмом и электричеством. И становится ясным, как так электрон вдруг и электрическое, и магнитное поле вокруг себя формирует.

Насколько это научно?

Можно здесь плеваться в сторону релятивизма (как это делают очень многие), но я напомню, что эффекты теории относительности получили неплохое практическое подтверждение и потому говорить про "фантазии Эйнштейна" тут точно не очень уместно.

Да, вероятно мы имеем ряд некоторых допущений и приближений, но они неплохо справляются с множеством физических явлений, необходимых нам на практике. Потому и утверждение про мнимость магнитного поля вполне научно и математически доказуемо.

В фундаментальном же смысле такие вопросы чрезвычайно важны. Есть большая разница для осмысления той или иной силы (явления, эффекта и чего угодно) и порой очень важно работаем ли мы с самим деревом или только с тенью от него. Это имеет значение как для теории, так и для прикладного её применения.

Забавных примеров в мире науки каких только не было. Например, Джованни Скиапарелли смотрел в телескоп и разглядел собственный глаз изнутри, а в результатах исследования написал про рукотворные каналы на Марсе. Так что когда дело доходит до использования идеи, лучше бы иметь реальное представление о проблеме и знать, где реальная сила, а где мнимый эффект.

Всем спасибо за интерес к вопросу и за прочтение!

Если тема вас заинтересовала, то приглашаю посмотреть видео по теме на Ютубе. Возможно так станет понятнее, как всё это работает. Раньше я всегда вставлял плеер прямо в текст статьи, но сейчас, вроде как, плеер у некоторых не очень работает.

Ещё предлагаю присоединиться к моему Telegram, где я разбираю разные интересные особенности физики. И, конечно же, подписывайтесь на Хабре!