Электроны, магнитные поля, позитроны

[Polonskiy]

Добрый вечер. Дабы не плодить тем спрошу у вас сразу два вопроса:
1) как движущийся заряд (например электрон) порождает магнитное поле? Понятно, что движущийся электрон это ток, а ток порождает магнитное поле, но это объяснение не проливает свет на сами физические процессы. Может посоветуете, где почитать на эту тему?
2) система электрон - Протон образует стабильную пару? Почему тогда электрон и позитрон аннигилируют? Какие физические процессы ответственны за стабильность электрона на орбите протона?

[wrest]

Polonskiy в сообщении #1487006 писал(а):

1) как движущийся заряд (например электрон) порождает магнитное поле? Понятно, что движущийся электрон это ток, а ток порождает магнитное поле, но это объяснение не проливает свет на сами физические процессы. Может посоветуете, где почитать на эту тему?

Глава 5. Поля движущихся зарядов.
Книга есть много где.

[Gickle]

Polonskiy в сообщении #1487006 писал(а):

2) система электрон - Протон образует стабильную пару? Почему тогда электрон и позитрон аннигилируют? Какие физические процессы ответственны за стабильность электрона на орбите протона?

Электрон и позитрон тоже могут образовывать связанную систему, называемую позитронием.

[arseniiv]

Polonskiy в сообщении #1487006 писал(а):

система электрон - Протон образует стабильную пару?

Смотря где. См. электронный захват и нейтронные звёзды.

[arseniiv]

Polonskiy в сообщении #1487006 писал(а):

как движущийся заряд (например электрон) порождает магнитное поле?

Вот кстати а как заряд порождает электрическое поле, вам значит понятно? А тут разницы нет, заряды — источники электромагнитного поля. Электромагнитный 4-потенциал связан с 4-плотностью тока (куда входит и плотность заряда) довольно просто, и потом из него можно получить тензор электромагнитного поля, если вдруг или не понравится неоднозначность выбора потенциала или просто привычка. И вот эти соотношения, на четырёхмерном языке выражающиеся крайне натурально, и есть самое глубокое «как», которое можно получить без задавания бессмысленных вопросов. Говорят, квантовая теория калибровочных полей дальше может ответить на вопрос, а почему эти уравнения такие, а не другие (но без понимания классических полей в неё перешагивать бессмысленно) — потому что для фундаментальных полей их может быть всего несколько видов и у нас реализуются притом очень многие, ну и электромагнетизму повезло быть одним из двух дальнодействующих, и потому спрашивают в основном про него, а про цветное взаимодействие не спрашивают.

[Polonskiy]

Всем спасибо за ответ

wrest в сообщении #1487008 писал(а):

Глава 5. Поля движущихся зарядов.
Книга есть много где.

Глянул быстро главу, однако увидел только интерпретацию физических явлений, наблюдаемых в экспериментах. Сами же взаимосвязи "движение электрического заряда - порождение магнитного поля" только постулируются без объяснения. Если я что-то упустил, буду рад, если поправите и точнее укажете, где искать ответ в этой книге.

Gickle в сообщении #1487009 писал(а):

Электрон и позитрон тоже могут образовывать связанную систему, называемую позитронием.

Но позитроний распадается за наносекунды. Вы не подскажете, где найти информацию о том, на сколько пара "электрон-протон" стабильнее?

arseniiv в сообщении #1487013 писал(а):

Смотря где. См. электронный захват и нейтронные звёзды.

Я понимаю, что есть ситуации, в которых электрон будет захвачен протоном, но что насчёт сферического в вакууме случая с только двумя частицами в паре? Меня все-таки больше интересует сравнение "электрон-протон" и "электрон-позитрон". Кажется, что упускаю что-то очевидное в сравнении. Может массу положительно заряженной частицы?

arseniiv в сообщении #1487027 писал(а):

Вот кстати а как заряд порождает электрическое поле, вам значит понятно?

На самом деле тоже не понятно.
Вы про эту формулу?

$$ \square^2 \mathbf{A} = \nabla_i \nabla^i \mathbf{A} = \frac{4\pi}{c} \mathbf{j}$$

А чем все-таки движущийся заряд отличается от покоящегося если он сам по себе? "Очень многие фундаментальные поля" их же четыре? Кстати, если "виртуальные фотоны" на данный момент учувствуют в современной физике, то есть демонстрация процессов электромагнетизма через них? Я вот больше про что: продолжите цепочку "магнит-полюса-поле-спин-..."

[wrest]

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Если я что-то упустил, буду рад, если поправите и точнее укажете, где искать ответ в этой книге.

В конце главы, раздел 5.9, где Парселл рассматривает возникновение магнитного поля как следствие релятивитских (лоренцевых) сокращений расстояний.

-- 14.10.2020, 17:48 --

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Вы не подскажете, где найти информацию о том, на сколько пара "электрон-протон" стабильнее?

Период полураспада протия (т.е. изотопа водорода с атомами из 1 протона и 1 элетрона) более $6,6 \cdot 10^{33}$ лет.
Т.е. вечность.

[arseniiv]

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Я понимаю, что есть ситуации, в которых электрон будет захвачен протоном, но что насчёт сферического в вакууме случая с только двумя частицами в паре?

Будем надеяться что при достаточно низкой температуре, то есть они будут мало взаимодействовать со всякими там другими частицами и у тех не будет слишком больших энергий. Тогда да, всё стабильно, а причина большей частью простая: ничего нет легче, что могло бы получаться в результате реакции с учётом сохранения всех зарядов (электрического; барионного и лептонного чисел). Можно было бы получить нейтрон и электронное нейтрино, но их общая энергия даже в покое будет больше, чем общая энергия атома водорода в любом состоянии. И даже энергия одного нейтрона будет больше, и потому он распадается в обычных условиях.

Ещё правда важно чтобы были пути, по которым реакция может пройти — но в Стандартной модели так много вершин взаимодействий, что про такие простые без особых ограничений случаи можно считать в первом приближении, что всё можно превратить во всё, лишь бы заряды сохранялись и энергия-импульс.

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Вы про эту формулу?

Да, хотя я предпочитаю запись с использованием дифформ, $d{\star}dA = J$ (опустим $\mu_0$, для математики и понимания она не нужна). Если разобраться с внешним дифференциалом $d$ и звёздочкой Ходжа $\star$, ну и тому как 4-току сопоставляется дифформа $J$, то получается довольно объемлемо. Особенно если поиграть с «конечными элементами» — разбить пространство-время на политопчики и рассматривать «конечные дифформы», постоянные на каждой $k$-грани — для них $d, {\star}$, теорема Стокса и прочие несложные вещи очень просто определяются и рисуются (хотя бы до трёхмерного случая — который уже позволяет представить электромагнетизм в (2+1)-мерном пространстве-времени, и на нашу удачу там уже есть нетривиальное магнитное поле в отличие от (1+1)-мерия, где есть только электрическое.

(А $F = dA$ и это даёт автоматически $dF = 0$ и $d{\star}F = J$ — классические четыре уравнения.)

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

А чем все-таки движущийся заряд отличается от покоящегося если он сам по себе?

Системой отсчёта, из которой мы смотрим, то есть сам по себе ничем.

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

"Очень многие фундаментальные поля" их же четыре?

Ну тут точное число не важно, и я имел в виду не очень многие, а вообще возможные поля, которые вписываются в рамки калибровочных теорий КТП (а все известные вроде как вписываются, так что нет особой нужды смотреть шире). Почему число не важно, потому что мы можем например говорить про электрослабую теорию (а можем не говорить).

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Кстати, если "виртуальные фотоны" на данный момент учувствуют в современной физике, то есть демонстрация процессов электромагнетизма через них?

Виртуальными фотонами специалисты зовут несколько вещей, так что их лучше не поминать почём зря. Моего уровня точно недостаточно чтобы что-то точное про них вам рассказывать. И классическая картина сама по себе красива и поучительна, чтобы не перешагивать через реально нужные ступени куда-то в КТП.

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Я вот больше про что: продолжите цепочку "магнит-полюса-поле-спин-..."

А по какому принципу это цепочка? Я никаких одинаковых отношений соседних слов в них не вижу.

wrest в сообщении #1487104 писал(а):

Период полураспада протия (т.е. изотопа водорода с атомами из 1 протона и 1 элетрона) более $6,6 \cdot 10^{33}$ лет.

Это же в предположении, что протон распадается? Иначе точнее будет говорить оптимистично что он бесконечен, раз разговор больше о структуре теоретического знания, чем накопленных экспериментальных данных.

[Pphantom]

Polonskiy, формулы надо набирать правильно (и просто набирать, а не вставлять как картинки). Выше я сделал это за вас, но в дальнейшем, пожалуйста, обойдитесь без моего участия.

[epros]

Polonskiy в сообщении #1487099 писал(а):

Сами же взаимосвязи "движение электрического заряда - порождение магнитного поля" только постулируются без объяснения.

А какое объяснение Вы бы хотели? Через шарики и верёвочки? Или через стихии земли, воды, воздуха и огня? Любые теории что-то постулируют. Классическая электродинамика постулирует связь электромагнитного поля и зарядов.

[AnatolyBa]

Может быть это вам поможет
https://www.youtube.com/watch?v=ar628l1VewA

[Polonskiy]

wrest в сообщении #1487104 писал(а):

В конце главы, раздел 5.9, где Парселл рассматривает возникновение магнитного поля как следствие релятивитских (лоренцевых) сокращений расстояний.

Спасибо, нужно время на ознакомление.

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

Будем надеяться что при достаточно низкой температуре, то есть они будут мало взаимодействовать со всякими там другими частицами и у тех не будет слишком больших энергий. Тогда да, всё стабильно, а причина большей частью простая: ничего нет легче, что могло бы получаться в результате реакции с учётом сохранения всех зарядов (электрического; барионного и лептонного чисел). Можно было бы получить нейтрон и электронное нейтрино, но их общая энергия даже в покое будет больше, чем общая энергия атома водорода в любом состоянии. И даже энергия одного нейтрона будет больше, и потому он распадается в обычных условиях.

Ещё правда важно чтобы были пути, по которым реакция может пройти — но в Стандартной модели так много вершин взаимодействий, что про такие простые без особых ограничений случаи можно считать в первом приближении, что всё можно превратить во всё, лишь бы заряды сохранялись и энергия-импульс.

Понимаю ответ. Но возможно некая детская наивность в моих суждениях остается недовольной и хочет разложить ситуацию на классические аналоги. Будто подобный ответ аналогичен суждению "лёд тает, потому что становится тепло" лет 300 назад. Потом мы узнали про атомы, кристаллические решетки, фононы и фазовые переходы. Кажется, будто через некоторое время и Ваш ответ, который сейчас является исчерпывающим, будет дополнен.

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

Да, хотя я предпочитаю запись с использованием дифформ...

Можете подсказать физический смысл происходящего в этой форумле?

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

Системой отсчёта, из которой мы смотрим, то есть сам по себе ничем.

Тогда я что-то упускаю. Движущийся в одиночестве заряд создает ток? А ток создает магнитное поле? Или ему нужна для этого система координат (сторонние материя, поля)?

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

Ну тут точное число не важно...

Меня слово "многие" сбило с толку, спросил, чтобы понять, что мы говорим об одном и том же.

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

Виртуальными фотонами специалисты зовут несколько вещей, так что их лучше не поминать почём зря. Моего уровня точно недостаточно чтобы что-то точное про них вам рассказывать. И классическая картина сама по себе красива и поучительна, чтобы не перешагивать через реально нужные ступени куда-то в КТП.

Как через классическую картину объяснить отталкивание одноименных электрических зарядов?

arseniiv в сообщении #1487151 писал(а):

А по какому принципу это цепочка? Я никаких одинаковых отношений соседних слов в них не вижу.

Цепочка по принципу опускания ниже по иерархии вопросов "почему". Каждая следующая позиция объясняет предыдущую. Может я криво написал цепочку, хотел проиллюстрировать вот это. Кстати очень хорошо моя мысль иллюстрируется в

AnatolyBa в сообщении #1487211 писал(а):

Может быть это вам поможет
https://www.youtube.com/watch?v=ar628l1VewA

Возможно, это видео лучше проиллюстрирует мой интерес в данном вопросе.

Pphantom в сообщении #1487167 писал(а):

Polonskiy, формулы надо набирать правильно (и просто набирать, а не вставлять как картинки). Выше я сделал это за вас, но в дальнейшем, пожалуйста, обойдитесь без моего участия.

Понял, спасибо, что поправили.

epros в сообщении #1487206 писал(а):

А какое объяснение Вы бы хотели? Через шарики и верёвочки? Или через стихии земли, воды, воздуха и огня? Любые теории что-то постулируют. Классическая электродинамика постулирует связь электромагнитного поля и зарядов.

И любые теории развиваются, ставясь основой для других теорий, в которых эти постулаты раскрываются, объясняются. Считаю, что спустя некоторое время появятся "шарики и веревочки", которые смогут рассказать, почему это происходит так, а не иначе. Конкретно постулат связи "поля и зарядов" больше походит на заглушку, по типу "мы не знаем почему, но нам надо развивать физику и двигаться дальше, поэтому примем пока это на веру, тем более эксперименты подтверждают". Не вижу никаких принципиальных проблем тому, чтобы в дальнейшем найти этому явлению объяснение.

AnatolyBa в сообщении #1487211 писал(а):

Может быть это вам поможет
https://www.youtube.com/watch?v=ar628l1VewA

Не поможет, так как об этом видео и думал, когда писал

[wrest]

Polonskiy в сообщении #1487451 писал(а):

Конкретно постулат связи "поля и зарядов" больше походит на заглушку, по типу "мы не знаем почему, но нам надо развивать физику и двигаться дальше, поэтому примем пока это на веру, тем более эксперименты подтверждают".

Это в принципе справедливо для физики и вообще естественных наук.
"Почему" знает только Б-г, или никто если Его нет ("Электрон также неисчерпаем как и атом").

-- 16.10.2020, 14:34 --

Polonskiy в сообщении #1487451 писал(а):

Будто подобный ответ аналогичен суждению "лёд тает, потому что становится тепло" лет 300 назад. Потом мы узнали про атомы, кристаллические решетки, фононы и фазовые переходы.

А это ничего не добавлет к "почему".

[Mikhail_K]

Polonskiy в сообщении #1487451 писал(а):

Тогда я что-то упускаю. Движущийся в одиночестве заряд создает ток? А ток создает магнитное поле?

В системе отсчёта, в которой заряд движется, он создаёт магнитное поле. В системе отсчёта, где заряд неподвижен, он не создаёт магнитного поля. Наличие или отсутствие магнитного поля зависит от наблюдателя. Одни и те же явления, которые в одной системе отсчёта вызываются чисто электрической силой, в другой системе отсчёта - электрической плюс магнитной. Но чтобы это продемонстрировать, нужно знать теорию относительности.

Поэтому правильнее говорить не про электрическое и магнитное поле по отдельности, а про единое электромагнитное. Его деление на электрическую и магнитную составляющие - можно сказать, субъективно (зависит от системы отсчёта).

[svv]

Polonskiy в сообщении #1487451 писал(а):

Считаю, что спустя некоторое время появятся "шарики и веревочки", которые смогут рассказать, почему это происходит так, а не иначе.

Я вижу, что Вы поместили шарики и верёвочки в кавычки. Моё замечание касается людей, которые ожидают буквально такого объяснения. Неужели у них не возникает вопросов, почему, если потянуть за один конец верёвочки, натянется и вся верёвочка? Лично для меня эстетически непривлекательна теория, в которой упругие явления считаются элементарными.