En una onda electromagnética.
¿Podría el campo magnético reflejarse alrededor del plano xy? ¿Hay alguna razón específica por la que los dos campos estén orientados de esta manera? ¿Es sólo una convención?
Si se invirtiera la dirección del campo magnético en la imagen anterior, se describiría que la luz se propaga en la dirección opuesta, así que no, en este sentido, su dirección no es una convención.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que la dirección del campo magnético es una convención a un nivel más fundamental. Representa un plano orientado perpendicularmente a su dirección mediante una regla de orientación. Si todos decidiéramos utilizar la "regla de la mano izquierda" en lugar de la regla de la mano derecha para el producto cruzado, entonces el campo magnético apuntaría en la dirección opuesta. Se trata de un bivector o un pseudovector , campo.
El campo eléctrico es un verdadero campo vectorial. Al menos en la descripción tridimensional, que es en sí misma una convención (muy decente), siempre que reconozcamos que esta imagen depende de nuestro marco de referencia.
En la imagen cuatridimensional, los campos eléctricos y magnéticos pueden entenderse como un solo bivector de tal manera que la elección del marco de referencia determina una división de este bivector en planos independientes "temporales" (eléctricos) y "espaciales" (magnéticos).
Puede que sea más de lo que buscabas en un principio, pero creo que esta pregunta es un buen punto de entrada a muchas de las otras opciones de representación que hacemos en la física.
Gracias por señalar que la dirección del campo magnético es una convención arbitraria, pero a un nivel más profundo que el que plantea la pregunta.
La dirección de los campos de una onda electromagnética no es convencional sino que está determinada por Ecuaciones de Maxwell . Para el caso particular de un avión onda electromagnética de frecuencia angular $\omega$ en el vacío, que se puede representar con la imagen que has puesto, las ecuaciones de Maxwell requieren que el vector de onda $\boldsymbol{k}$ el campo eléctrico $\boldsymbol{E}$ y la densidad de flujo magnético $\boldsymbol{B}$ obedecen a las relaciones (el punto representa el producto escalar y la cruz el producto vectorial)
$$\begin{align}&\boldsymbol{k}\cdot \boldsymbol{E} = 0, \\ &\boldsymbol{k}\cdot \boldsymbol{B} = 0, \\ & \boldsymbol{B}=\frac{1}{\omega}\boldsymbol{k}\times \boldsymbol{E}.\end{align}$$
Esto significa que $\boldsymbol{k}$ , $\boldsymbol{E}$ y $\boldsymbol{B}$ son tres vectores ortogonales y que la dirección de cualquiera de ellos está determinada por los otros dos. Por lo tanto, no, no se puede reflejar el campo magnético en la imagen.
Obsérvese que si fuera posible reflejar sólo el campo magnético, entonces, por superposición, se podría construir una onda con campo eléctrico distinto de cero pero con campo magnético nulo.
Quizás quieras empezar con "Habiendo definido la dirección de B por la regla de Lorentz... " (BTW -1 no fui yo).
@BruceGreetham La cuestión es que el campo magnético se define de esa manera: una vez que se tiene una determinada definición, no se puede reflejar el campo magnético (que es, creo, lo que pregunta el OP).
La tercera ecuación que das está escrita en términos del producto cruzado, y el sentido del producto cruzado (regla de la mano derecha) se debe a la convención.
Las flechas apuntan a la dirección "positiva" de los campos. Qué dirección es "positiva" es arbitraria (se puede decir que la dirección "positiva" en un campo eléctrico en la dirección en la que aumenta la energía potencial eléctrica para una partícula con carga positiva, pero qué carga es "positiva" es en sí una convención). Además, esas convenciones se eligen de forma independiente. Sin embargo, una vez elegidas esas convenciones, las direcciones de los campos para una onda electromagnética son fijas. Por lo tanto, si se pregunta si las convenciones podrían haberse elegido de forma que el campo magnético se invirtiera, la respuesta es "sí". Si lo que se pregunta es si se puede invertir el campo magnético sin que ello afecte a las demás convenciones de la física, la respuesta es "no".
B se define por la expresión de la fuerza de Lorentz. En notación covariante, se escribe como $f^\nu = j_\mu F^{\mu\nu}$ , donde
${\displaystyle F^{\mu \nu }={\begin{bmatrix}0&-E_{x}/c&-E_{y}/c&-E_{z}/c\\E_{x}/c&0&-B_{z}&B_{y}\\E_{y}/c&B_{z}&0&-B_{x}\\E_{z}/c&-B_{y}&B_{x}&0\end{bmatrix}}.} $
Uno puede ver esto como definir la fuerza de Lorentz como $\vec f = q \vec E + q \vec v \times \vec B$ así como $\vec E$ y $\vec B$ .
Se puede sustituir B por -B, o E por -E. Esto sería inútil, ya que las magnitudes físicas medibles, como las fuerzas y las energías, no cambiarían. Los estudiantes tendrían que aprender definiciones engorrosas como " $\vec E$ es el frente a de la fuerza por carga".
Los electrones de una varilla de antena, acelerados en una dirección, emiten todos fotones con el mismo giro de sus componentes de campo eléctrico y magnético. Esto es obvio, ya que las antenas receptoras podrían estar hechas de una varilla para recibir el campo eléctrico cambiante o podrían estar hechas de un anillo (disponible sólo en la wiki alemana) para recibir el campo magnético. Si se acelera en la misma dirección los electrones tendrían giro en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario no se podría utilizar la componente magnética (porque ambas variaciones se anulan entre sí).
No estoy seguro, pero creo que los protones y positrones tendrán el espín opuesto a los electrones y antiprotones. Estaría bien una aclaración de los especialistas.
En la medida en que todas las preguntas sobre el electromagnetismo implican el espín, esta respuesta sigue siendo bastante errónea. La radiación de una antena de varilla está polarizada linealmente. Los fotones que componen la radiación linealmente polarizada están en una superposición de estados de espín a la izquierda y a la derecha. El signo de las cargas más móviles de la antena no contribuye.
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No estoy seguro de si estás implicando el espacio físico, pero el gráfico no pretende implicar el 3D físico x,y,z. El gráfico es una representación de vectores, el reflejo cambiaría los valores de los vectores en negativo o positivo.