{"id":27645,"date":"2012-05-27T22:13:00","date_gmt":"2012-05-27T19:13:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=27645"},"modified":"2012-05-30T08:30:25","modified_gmt":"2012-05-30T05:30:25","slug":"kas-klassikaline-elektrodunaamika-seadus-on-erirelatiivsusega-kooskolas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=27645","title":{"rendered":"Kas klassikaline elektrod\u00fcnaamika seadus on erirelatiivsusega koosk\u00f5las?"},"content":{"rendered":"

19. sajandil v\u00e4lja t\u00f6\u00f6tatud klassikalise elektromagnetismi seadusi kasutavad teadlased t\u00e4nap\u00e4evani. Nende hulka kuuluvad Maxwelli neli seadust koos Lorentzi seadusega, mis kirjeldab laetud osakesele elektri- ja magnetv\u00e4ljas m\u00f5juvaid j\u00f5ude. Arizona \u00dclikooli optikateaduste professor Masud Mansuripur v\u00e4idab aga, et Lorentzi j\u00f5u seadus ei ole erirelatiivsuse ja impulsi j\u00e4\u00e4vusega koosk\u00f5las ning peaks seet\u00f5ttu h\u00fcljatama. Teadusajakirjas Physical Review Letters<\/em> avaldatud artiklis pakub ta v\u00e4lja, et Lorentzi seaduse v\u00f5iks asendada palju \u00fcldisema avaldisega elektromagnetj\u00f5udude tiheduse kohta \u2013 n\u00e4iteks \u00fche sellisega, mille t\u00f6\u00f6tasid 1908. aastal v\u00e4lja Albert Einstein ja Jakob Laub.<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

Laengu-magneti paradoks: punktlaengut q ja sellest paremal asuvat magnetdipooli eraldab x'y'z' tausts\u00fcsteemis vahemaa d. Samas tausts\u00fcsteemis asuv vaatleja n\u00e4eb, et dipoolile ei m\u00f5ju mingit p\u00f6\u00f6rdemomenti, kuid tausts\u00fcsteemis xyz asuv liikumatu vaatleja n\u00e4eb, et \u00fchtlase kiirusega liikuvas x'y'z' tausts\u00fcsteemis m\u00f5jutab liikuv punktlaeng liikuvat magnetit p\u00f6\u00f6rdemomendiga. Pilt: Mansuripur. \u00a92012 American Physical Society<\/p><\/div>\n

Mansuripuri julge v\u00e4ide Lorentzi seaduse paradoksi kohta on saanud aga tugeva kriitika osaliseks. \u00dcks kriitikutest – Sao Paulo \u00dclikooli f\u00fc\u00fcsikaprofessor\u00a0Daniel Vanzella –\u00a0kommenteeris samas teadusajakirjas, et Lorentzi seadus on erirelatiivsusega suurep\u00e4rases koosk\u00f5las ning et Mansuripur on relativistlikust mehaanikast lihtsalt valesti aru saanud. Ainus k\u00fcsimus on Vanzella s\u00f5nul see, miks nii mainekas teadusajakiri Mansuripuri artikli \u00fcldse avaldas.<\/p>\n

Laengu ja magneti paradoks<\/h3>\n

Mansuripuri argumendi aluseks on see, et Lorentzi seadus rikub erirelatiivsust, andes erinevates tausts\u00fcsteemides erinevaid tulemusi. Erirelatiivsuse kohaselt peavad f\u00fc\u00fcsikaseadused ja seehulgas ka elektromagnetism olema k\u00f5igis mitte-kiirenevates tausts\u00fcsteemides samasugused.<\/p>\n

Ta kirjeldab stsenaariumit, milles magnetdipool ja l\u00e4hedal asuv elektrilaeng asuvad \u00fcksteisest kindlal kaugusel. Kui magnet ja laeng\u00a0on paigal, ei m\u00f5ju nende vahel mingeid j\u00f5ude. See tuleneb sellest, et elektrilaengud tekitavad elektriv\u00e4lja (mis magnetit ei m\u00f5juta) ning paigalseisvad magnetid tekitavad vaid magnetv\u00e4lja (mis paigal asuvat elektrilaengut ei m\u00f5juta). Nii Lorentzi seadus kui ka Einsteini-Laubi versioon sellest annavad sama tulemuse: elektrilaeng ei m\u00f5juta magnetit ei j\u00f5u ega p\u00f6\u00f6rdemomendiga.<\/p>\n

Lorentzi seadus annab aga erineva tulemuse, kui paigalseisev vaatleja j\u00e4lgib magneti ja elektrilaengut liikuvas tausts\u00fcsteemis. Sellisel juhul n\u00e4eb vaatleja, et liikuv elektrilaeng m\u00f5jutab liikuvat magnetit p\u00f6\u00f6rdemomendiga, p\u00f5hjustades selle p\u00f6\u00f6rlemist, sest magnet proovib end elektriv\u00e4ljas orienteerida. Selle momendi olemasolu erineb vaatleja paigalseisvast tausts\u00fcsteemist, sest seal moment puudus.<\/p>\n

Teisalt aga, kui kombineerida Einsteini-Laubi valem sobiva p\u00f6\u00f6rdemomendi valemiga, saadakse tulemuseks, et p\u00f6\u00f6rdemoment puudub m\u00f5lemal juhul, olles nii erirelatiivsusega koosk\u00f5las.<\/p>\n

Lorentzi seaduse mittesobivus erirelatiivsusega pole aga Mansuripuri kohaselt selle ainus puudus. Teine sama oluline aspekt on juba vana nn varjatud impulsi probleem, milles ta n\u00e4itab, et Lorentzi seadust kasutades pole impulsimoment m\u00f5ningates magnetilisi keskkondi sisaldavates olukordades j\u00e4\u00e4v. Einsteini-Laubi v\u00f5rrandid n\u00e4itavad aga t\u00e4ielikku sobivust j\u00e4\u00e4vusseadustega. Mansuripuri s\u00f5nul viitavad need t\u00f5endid sellele, et Einsteini-Laubi valemit peaks pidama klassikalise elektrod\u00fcnaamika m\u00f5istmiseks paremaks viisiks.<\/p>\n

,,Antud t\u00f6\u00f6 on aluseks k\u00f5igile j\u00f5u, p\u00f6\u00f6rdemomendi ja impulsimomendi arvutustele situatsioonides, kus elektromagnetv\u00e4ljad (mikrolained, valgus, jt.) on materiaalse keskkonnaga vastasm\u00f5jus,\u201c \u00fctles Mansuripur. ,,Elektromagnetiline moment ja p\u00f6\u00f6rdemoment muutuvad selgelt defineeritud universaalseteks suurusteks (nt Abrahami moment), vajadus varjatud impulsimomenti kasutada kaob ning k\u00f5igi j\u00e4\u00e4vusseaduste kehtivus ning koosk\u00f5la erirelatiivsusega on garanteeritud.<\/p>\n

Ta selgitab, et m\u00f6\u00f6dunud sajandi jooksul on teaduskirjanduses tekkinud suurel hulgal erinevaid valemeid j\u00f5udude ja momendi jaoks, mist\u00f5ttu teadlased kasutavad elektromagnetilise momendi arvutamiseks erinevaid valemeid.<\/p>\n

,,Minu artikkel parandab p\u00f5hilisi v\u00f5rrandeid ning v\u00f5imaldab teadlastel oma eksperimentaalseid tulemusi v\u00f5rrelda \u00fches selgelt defineeritud teoorias,\u201c lausus ta.<\/p>\n

Kvantloomus<\/h3>\n

Mansuripuri s\u00f5nul p\u00f5hjustab Lorentzi seaduse ja Einsteini-Laubi valemite erinevust see, kuidas kumbki neist v\u00f5rranditest elektromagnetv\u00e4ljade ning \u2013keskkondade kvantloomust matemaatiliselt kirjeldab.<\/p>\n

Lorentzi seadus kujutab elektrilisi ja magnetilisi dipoole kui positiivsete ja negatiivsete laengute paare v\u00f5i stabiilseid voolusilmuseid, mis elektromagnetv\u00e4ljadega vabade ja seotud laenguta ning voolude kaudu reageerib. Einsteini-Laubi valem kirjeldab materiaalset ained kui laengu, voolu, polarisatsiooni ja magnetiseeringu ajalis-ruumilist jaotust. Mansuripur seletab, miks see eristus oluline on.<\/p>\n

,,Faktid, et elektron tiirleb aatomi sees ning molekulid on stabiilsed, on kvantmehaanilised n\u00e4htused. Ei Maxwelli v\u00f5rrandid ega ka Lorentzi j\u00f5u seadus (ega ka Einsteini-Laubi j\u00f5u\/momendi valemid) ei suuda kirjeldada elektroni orbiidi stabiilsust. Fakt, et elektronidel, prootonitel ja neutronitel on t\u00e4nu oma spinn-p\u00f6\u00f6rdemomendile ka magnetmoment, on samuti relativistlik kvantefekt, mida klassikaline f\u00fc\u00fcsika kirjeldada ei suuda. Mida Maxwelli v\u00f5rrandid ning Lorentzi seadus (v\u00f5i Einsteini-Laubi seadus) aga annavad valemid, mis kirjeldavad v\u00e4ljade ja materiaalse aine k\u00e4itumist nii nagu see on, proovimata seda k\u00e4itumist \u00f5igustada. Lorentzi seadus aga lihtsustab selle k\u00e4itumise taga olevat f\u00fc\u00fcsikat eeldades, et elektrilisi ja magnetilisi dipoole saab k\u00e4sitleda kui tavalise elektrilaengu v\u00f5i voolu jaotust. Einsteini-Laubi valem ning sellega kaasas k\u00e4iv j\u00f5umomendi valem k\u00e4sitlevad vaba laengut, vaba voolu ning elektrilisi ja magnetilisi dipoole kui nelja erinevat materiaalse aine v\u00e4ljendusviisi.<\/p>\n

,,N\u00e4iteks on fakt, et magnetilist dipooli seostatakse millegagi, mis sarnaneb voolusilmusega, kvantmehaaniline efekt. Lorentzi seadus ei ignoreeri seda fakti, kuid viib v\u00f5rdluse voolusilmusega liiga kaugele, koheldes magnetilist dipooli justkui oleks see t\u00f5epoolest tavalise laengu silmus. V\u00f5rdluseks aga tunnistab Einsteini-Laubi v\u00f5rrand, et magnetilised dipoolid eksisteerivad kui eraldiseisvad \u00fcksused – eraldiseisvateks muudab need muidugi kvantmehaanika, kuid Einsteini-Laubi v\u00f5rrand ei proovi \u00f5igustada nende dipoolide olemasolu v\u00f5i loomust. Seega annavad Einsteini-Laubi v\u00f5rrandid ,,retpsepti,” mille abil arvutada neile dipoolidele m\u00f5juvaid j\u00f5ude ja p\u00f6\u00f6rdemomente, mis oma olemuselt erineb Lorentzi seaduse ,,retseptist”.”<\/p>\n

Paradoks v\u00f5i mitte?<\/h3>\n

Mansuripuri kriitiku Vanzella s\u00f5nul on artikkel nii vigane, et seda poleks \u00fcldse tohtinudki avaldada. Samas artiklis ilmunud kommentaaris viitab Vanzella sellele, et Lorentzi j\u00f5u saab viia kaasmuutuja kujule. Erirelatiivsuses ei saa kaasmuutuja seadus viia sama n\u00e4htuse mittekattuvate kirjeldusteni erinevates inertsiaalsetes tausts\u00fcsteemides. Ta selgitab, et Mansuripur on relativistlikku mehaanikat valesti kasutanud ning varjatud impulssi ignoreerinud, mist\u00f5ttu Lorentzi seadus ennustab \u00fches tausts\u00fcsteemis p\u00f6\u00f6rdemomenti ning teises mitte.<\/p>\n

,,See probleem on ebavajalikult suureks puhutud,” lausus Vanzella. ,,Esmalt tuleks m\u00e4rkida k\u00f5ige olulisim: Lorentzi j\u00f5u ja erirelatiivsuse vahel ei ole mingeid koosk\u00f5lalisi probleeme. See ei puuduta \u00fcldse arvamusi: iga relatiivsust uuriv teadlane teab, et see on iga eri-kaasmuutujalise seaduse (nagu Lorentzi j\u00f5ud) puhul v\u00f5imatu. Eri-kaasmuutujalised seadused on juba oma ehituselt erirelatiivsusega koosk\u00f5las. See t\u00e4hendab seda, et kui see viib n\u00e4htuse rahuldava selgituseni \u00fches tausts\u00fcsteemis, siis viib see ka sobivate selgitusteni igas teises tausts\u00fcsteemis – paradoksid puuduvad.”<\/p>\n

Ta lisas, et n\u00e4ivad paradoksid ilmuvad erirelatiivsusega tegeledes sagedasti, kuid need tulenevad lihtsalt relativistliku argumendi kahe silma vahele j\u00e4tmise t\u00f5ttu. Tema s\u00f5nul esitati ning lahendati juba rohkem kui 100 aasta eest laengu-magneti “paradoksiga” v\u00e4ga sarnane paradoks, mis kannab nime Troutoni-Noble’i paradoks.<\/p>\n

,,Tollel juhul peab selleks, et kasutada magneti magnetmomendi modelleerimisels voolusilmust t\u00e4iuslikult juhtivas r\u00f5ngas, kasutama erirelatiivsust, et n\u00e4idata, et isegi t\u00e4ieliku paigaloleku korral pole s\u00fcsteemi koguimpulss null (kui eksisteerib v\u00e4line elektriv\u00e4li),” selgitas ta. ,,Seda impulssi nimetatakse kirjanduses ,,varjatuks” ning see on viinud m\u00f5ningase segaduseni, kuid on oluline r\u00f5hutada, et see impulss eksisteerib ka tegelikult. Mansuripur vaatab m\u00f6\u00f6da faktist, et see impulss pole lihtsalt mingi leiutis, et paradokse lahendada – selle olemasolu tuleneb (puhtalt loodusest) lihtsalt erirelatiivsuse p\u00f5him\u00f5tetest. Oma kommentaaris ei postuleeri ma selle impulsi olemasolu. Ma kasutan lihtsalt erirelatiivsust, et seda arvutada – puuduvad igasugused lisah\u00fcpoteesid peale erirelatiivsuse ja Lorentzi j\u00f5u. Seega, kui Mansuripur selle varjatud momenti kahe silma vahele j\u00e4tab, teeb ta t\u00e4pselt seda, mis on vaja, et paradoks leida: ta j\u00e4tab relativistliku argumendi kahe silma vahele.”<\/p>\n

Vanzella lisas, et ta ei v\u00e4ida, et Lorentzi j\u00f5ud on tingimata just \u00f5ige j\u00f5u seadus, vaid lihtsalt seda, et erirelatiivsust ei saa kasutada selle \u00fcmberl\u00fckkamiseks. K\u00fcsimus, milline seadus on \u00f5ige, peab leidma katselise vastuse.<\/p>\n

,,Ma ei nimetaks Mansuripuri ideed isegi mitte vastuoluliseks,” \u00fctles ta. ,,Kas tasuks nimetada vastuoluliseks ideed, et Maa on lame? See on lihtsalt ja t\u00f5estatavalt vale (ma m\u00f5tlen see, et Lorentzi seadus ei ole erirelatiivsusega koosk\u00f5las).” Vanzella kommentaari vastuses on Mansuripur siiski oma algses v\u00e4ites kindel, selgitades, et pole tarvis kasutada varjatud momenti ning et Trouton-Noble’i paradoks on\u00a0laengu-magneti paradoksist\u00a0k\u00fcll raskestim\u00e4rgatavalt kuid oluliselt erinev.<\/p>\n

Einstein-Laubi valemi tulevik<\/h3>\n

Vaatamata Einsteini-Laubi valemi eelistele tunnistab Mansuripur, et ka sel on omad puudused. 1979. aastal koostas f\u00fc\u00fcsik Iver Breivik ulatusliku \u00fclevaate Einsteini-Laubi valemist ning teistest v\u00f5imalikest elektromagnetv\u00e4lja energia-impulsi tensoritest. M\u00f5ningates eksperimentides ei langenud Einsteini-Laubi valem tegelike vaatlustega nii h\u00e4sti kokku nagu \u00fcks teine valem – Helmholtzi j\u00f5u valem. Mansuripur v\u00e4idab aga, et selle idee potentsiaalse olulisuse t\u00f5ttu n\u00f5uavad need vastuolulised v\u00e4ited l\u00e4hemat uurimist.<\/p>\n

,,Mina ja mu kolleegid tahame m\u00e4\u00e4rata kindlaks situatsioonid, kus Lorentzi ja Einsteini-Laubi valemite vaheline erinevus on \u00fchem\u00f5tteline ning viia siis l\u00e4bi katseid, et m\u00e4\u00e4rata, milline valem sellises situatsioonis t\u00f6\u00f6tab,” selgitas ta. ,,Isiklikult ei pea ma Breiviku kirjeldatud t\u00f5endeid Einsteini-Laubi valemi mittekehtivuse kohta eriti olulisteks. K\u00f5ik need katsed olid elektrostaatika alalised, h\u00f5lmates m\u00f5ndade dielektriliste vedelike voolamist kondensaatorisse. Probleemi anal\u00fc\u00fcsiks kasutatud teoreetilised meetodid olid v\u00e4ga segased, tehti mitmeid l\u00e4hendusi ning Einsteini-Laubi valemit kunagi otseselt ei kasutatudki. Selle asemel kasutati Einsteini-Laubiga seostatavat pingetensorit, mille kohta ma olen juba mujal n\u00e4idanud, et see ei kehti.<\/p>\n

Lisaks plaanib Mansuripur uurida edasi miskit, mis tema s\u00f5nul on paljuski nende kahe valemi eristamisel kahe silma vahele j\u00e4\u00e4nud: liige, mis kirjeldab materiaalse aine polarisatsioonitihedusele m\u00f5juvat elektriv\u00e4lja j\u00f5utihedust. Kui Lorentzi seadus kasutab suurust -(del.P)E, kasutab Einsteini-Laubi valem suurust (P.del)E. Kuigi need kaks v\u00e4ljendust annavad tulemuseks igale tahkele kehale m\u00f5juva t\u00e4pselt sama suure koguj\u00f5u ja kogu p\u00f6\u00f6rdemomendi, siis tekivad pehmeid kehasid k\u00e4sitledes sisse erinevused.<\/p>\n

,,Kui rakendada seda pehmetele kehadele, nagu n\u00e4iteks intensiivse valguse k\u00e4es olevatele rakkudele v\u00f5i optiliste pinsettide vahel olevatele\u00a0\u00f5li\/vee tilgakestele, annavad need kaks valemit l\u00e4bi objekti m\u00f5juva j\u00f5u ja p\u00f6\u00f6rdemomendi jaotuste jaoks erinevad v\u00e4\u00e4rtused,” s\u00f5nas ta. ,,See erinevus j\u00f5u\/p\u00f6\u00f6rdemomendi jaotuses v\u00e4ljendub keha deformeerumises intensiivse valguse k\u00e4es. Meie l\u00e4him eesm\u00e4rk on seega uurida pehmete objektide deformeerumist optilise pinseti katsetes. Pikaajalisemaks eesm\u00e4rgiks on otsida erinevusi Lorentzi ja Einstein-Laubi valemi vahel magnetilistes materjalides.”<\/p>\n

Allikas<\/a><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

19. sajandil v\u00e4lja t\u00f6\u00f6tatud klassikalise elektromagnetismi seadusi kasutavad teadlased t\u00e4nap\u00e4evani. Nende hulka kuuluvad Maxwelli neli seadust koos Lorentzi seadusega, mis kirjeldab laetud osakesele elektri- ja magnetv\u00e4ljas m\u00f5juvaid j\u00f5ude. Arizona \u00dclikooli optikateaduste professor Masud Mansuripur v\u00e4idab aga, et Lorentzi j\u00f5u seadus ei ole erirelatiivsuse ja impulsi j\u00e4\u00e4vusega koosk\u00f5las ning peaks seet\u00f5ttu h\u00fcljatama. Teadusajakirjas Physical Review Letters […]<\/p>\n","protected":false},"author":32,"featured_media":27646,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[16],"tags":[137],"class_list":{"0":"post-27645","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-teadusuudis","8":"tag-kvantnahtused","9":"entry"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/27645","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/32"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=27645"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/27645\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/27646"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=27645"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=27645"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=27645"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}