¿Es extraño que hay dos direcciones que son perpendiculares a ambos campo y corriente, sin embargo el Lorentz fuerza solamente puntos a lo largo de uno de ellos?

Question

Por "extraño", me refiero a 'hay una razón para esto, o es algo que aceptamos como una peculiaridad de nuestro universo"?

No veo ninguna razón por qué si el campo magnético es en el $+x$ dirección y una carga de velocidad es en el $+y$ dirección que la fuerza experimentada por el cargo que no puede estar en el $+z$ o $-z$ sentido, ambos son perpendiculares a$x$$y$. La ecuación para la fuerza de Lorentz sólo nos dice que se va en la $+z$ dirección, pero parece igual de válida que la fuerza sería en el $-z$ dirección (quiero decir no hay nada que distinga a $+z$$-z$, de todos modos, usted puede convertir uno en el otro mediante el intercambio de la mano de su sistema de coordenadas). Parece como si el universo es preferentemente la selección de una dirección o la otra.

Como un ejemplo práctico, si un cable de carga actual se encuentra en un campo magnético experimenta una fuerza hacia arriba, ¿por qué no experimenta una fuerza hacia abajo?

Answer 1

El universo no es preferentemente la selección de una dirección más que a otro. El hecho de que parece que esto está sucediendo es un artefacto de cómo podemos representar el campo magnético.

Es bien sabido que la existencia de fuerzas magnéticas puede ser inferida a partir de un Lorentz-invariante de la teoría involucran a las fuerzas eléctricas. Por ejemplo, ver a esta respuesta.

La fuerza magnética que derivan necesariamente tiene la propiedad de que corrientes paralelas se atraen, mientras que antiparalela de las corrientes de repeler.

El campo magnético puede ser considerado como el campo que necesita ser introducido en la teoría con el fin de dar una descripción local de esta atracción entre corrientes paralelas. Es necesario, por tanto, la fuerza de Lorentz derecho a ser escrita de tal manera que da la dirección correcta para la fuerza magnética entre dos corrientes. De lo contrario, la ley violaría la observó la invariancia de Lorentz de nuestro universo. Una ley por sí misma no determinar lo que realmente sucede; que sólo puede ser determinada por medio de un experimento.

Debido a que la dirección del campo magnético es asignado a través de un derecho-regla de la mano, una segunda aplicación del derecho-regla de la mano es necesario en la fuerza de Lorentz de la ley, para obtener la dirección correcta para la real fuerza entre las dos corrientes. Si el campo magnético de dirección fueron asignados a través de una izquierda-la regla de la mano, la fuerza de Lorentz que la ley también incluiría a la izquierda-la regla de la mano. En ninguno de los casos el universo cumplir una elección arbitraria de uno sobre el otro. Simplemente estamos describiendo el fenómeno de una manera que nos obliga a poner en la regla de la mano con el fin de obtener el resultado correcto.

Esto contrasta con la situación con las interacciones débiles, que son los que realmente violan paridad de simetría.

Answer 2

El campo magnético no es un [polar] vector, pero un pseudovector. De hecho, el producto de un vector (por ejemplo la Velocidad) y un pseudovector (Campo Magnético) es un [polar] vector (por ejemplo, de la Fuerza).

En una vista más abstracta, el campo magnético está mejor representada por una de dos formas, o por un bivector [dependiendo de su punto de vista abstracto]. En 3 dimensiones espaciales, estos objetos abstractos puede ser asignado a un pseudovector. En cualquier caso, es este sentido de la orientación que prefiere un "perpendicular", la dirección o la otra.

Usted puede ver esta distinción en la forma en que los campos eléctrico y magnético están representados en el campo del tensor. El campo magnético de los componentes están en las entradas de un antisimétrica de 3-por-3 submatriz.

Answer 3

... hay dos direcciones que son perpendiculares al campo y en el actual, sin embargo, la fuerza de Lorentz sólo puntos a lo largo de uno de ellos

Su declaración es correcta para los electrones y anti-protones. Si uno hacer el mismo experimento con los positrones son los protones se va a observar que el movimiento en la dirección opuesta.

No veo ninguna razón por qué si el campo magnético es en la +dirección x y una carga de velocidad es en el +y la dirección, que la fuerza experimentada por el cargo que no puede estar en cualquiera de los +z o −z dirección.

La razón radica en la naturaleza de las mencionadas partículas subatómicas. Todos ellos obedecen a la propiedad intrínseca de un dipolo magnético momento y se asoció a la intrínseca vuelta. La vuelta no significa que la partícula está girando, el nombre de puntos para el macroscópico, fenómeno que se conoce como el efecto giroscópico.

El mecanismo detrás de la fuerza de Lorentz es la siguiente. Si un electrón se encuentra bajo la influencia de un campo magnético externo es dipolo magnético momento se alineados. Nada más sucede. Pero si este electrón se mueve en el campo magnético externo, la alineación es acompañado por un lateral de la deflexión como en el efecto giroscópico.

Como usted sabe, cualquier desviación es una aceleración y en virtud de la aceleración de un electrón emite fotones. Este fotón con su momento dis-alinee el momento dipolar magnético de nuevo y el ciclo con la alineación, el efecto giroscópico, la emisión de fotones se repite hasta que la energía cinética de los electrones se agota. Así que el electrón se mueve en una trayectoria en forma de espiral o más precisa en rodajas de mandarina.

Para el positrón el proceso es el mismo, salvo la dirección de la emisión de los fotones. Así

si un cable de carga actual se encuentra en un campo magnético experimenta una fuerza hacia arriba,

Con la anti-materia

experimenta una fuerza hacia abajo.

Answer 4

Usted acaba de descubrir algo bastante fundamental sobre el universo. Es concebible que sería una "imagen de espejo del universo" en el que las leyes de la física son exactamente al revés. Pero ese no es el universo en el que vivimos.

Hay una interesante conferencia de Feynman uno el tema de la simetría, en particular, sobre la dificultad de tratar de explicar la "izquierda" a alguien sin ningún tipo de ayudas visuales. Ver este enlace