クーロンの法則は常に有効ですか？
私たちは、現代の重力理論である一般相対性理論について知っています。アインシュタインは、光速よりも速い重力を含む作用は観察できないと述べてそれを形成しました。つまり、重力は瞬間的ではないので、太陽が最終的に消えるかどうかを示します。その光が私たちに届いたときにのみその作用を体験します。これにより、ニュートンの重力の公式と理論が変わりました。
だから私の質問は：クーロンの力は瞬間的な力かどうか？原子内の電子と陽子の同様の状態で、陽子が消えた場合、この想像上のシナリオでは、陽子から電子へ、またはその逆の光よりも速くそれを経験しますか？そうでなければ、その式も重力のように変化しますか？
回答
クーロンの法則は、静電気でのみ有効です。つまり、「料金の1つが移動（または消滅）した場合はどうなりますか？」などの質問をすることはできません。そして、クーロンの法則を使用して賢明な答えを見つけることを望んでいます。電荷を移動または「消失」させると、静電気に違反します。（これは、2つの移動する電荷間の力を見つけるためにクーロンの法則が成り立たないのと同じ理由です。）
別の電荷が原因で1つの電荷に発生する力を真に理解するには、最初の電荷の位置で2番目の電界を見つけ、ローレンツ力の法則を使用する必要があります。 $$F = q \left(\mathbf{E} + \mathbf{v}\times\mathbf{B}\right),$$
とフィールドを見つけるために $\mathbf{E}$ そして $\mathbf{B}$、マクスウェルの方程式を使用する必要があります。
\ begin {equation} \begin{aligned} \nabla \cdot \mathbf{E} &= \frac{\rho}{\epsilon_0}\\ \nabla \times \mathbf{E} &= -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}\\ \nabla \cdot \mathbf{B} &= 0\\ \nabla \times \mathbf{B} &= \mu_0 \mathbf{j} + \frac{1}{c^2}\frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t} \end{aligned} \ end {equation}
これらの方程式は、フィールドの外乱が速度で伝播することを示しています $c$。つまり、充電する場合$A$ ある時点で妨害された場合、移動されたという情報は請求されません $B$ 瞬時に、しかし速度で移動します $c$ から $A$ に $B$。（予想されるように、ある意味で特殊相対性理論と光速の一定性が電磁気学の「結果」として生じたので！）
特殊相対性理論を受け入れる場合、それが「遠隔作用」の力にはなり得ないことを示す別の方法があります。2つの慣性系を考えてみましょう$S$ そして $S'$、と $S'$ に関して動く $S$ スピードで $v$。
で仮定します $S$ チャージを移動しました $A$ と充電 $B$その除去を瞬時に感知しました。これらの2つのイベントは同時に発生します。つまり、それらの間の時間間隔は次のようになります。$\Delta t = 0$。ただし、同時性の相対性から、2つのイベントがすべての慣性系で同時に発生するわけではないことがわかります。$S'$ 間に時間間隔があります $A$ 新しい場所に移動して $B$それを感知します。ただし、これは、一定の時間間隔で$\Delta t'$ （のオブザーバーによると $S'$）、突撃の力があった $B$ 「ソース」がありませんでした。しかし、これは慣性系の概念そのものに違反しています。そのため、矛盾があります。
したがって、特殊相対性理論を真にしたい場合、瞬間的な力を持つことはできません。これにはクーロンの法則が含まれます。
一般に、クーロンの力は「空間内に別の電荷が存在するために電荷が受ける力（簡単な説明）」と定義または定義されますが、広義には「次の電荷がかかる力」と表現する必要があります。十分に長い間「静的」状態にあった別の電荷によって生成された、既存のいわゆる「静電場」の存在」。以下を実行すると、これが重要である理由が明確に理解できます。-
これは、宇宙のどの情報も光より速く移動できないと主張する特殊相対性理論（アインシュタインが再びそれを打つ）と一致しています。
原子内の陽子と電子に関心があるので、陽子が突然消えた場合、外乱が速度「c」で移動するため、電子は瞬時にその不在を経験しません（外乱はEM波とEM波として伝播するため）光速で伝播します）。
しかし、私たちが非常に短い距離について話しているとき、その効果は劇的ではありません。短い長さのストリングに取り付けられたボールを回転させていると想像してください。ストリングが壊れるとすぐに、接線方向に移動します。したがって、素人は、弦が切れてからボールの「求心力」が消えるまでにタイムラグがあったとは言えません。同様に、あなたが原子レベルで話しているように、効果はまったく劇的ではありませんが、はい、それはまだそこにあります。
しかし、光年のような巨大な距離を想像してみてください。その場合、その効果は非常に劇的になります。電荷が元の位置からずれたり消えたりした場合、光年離れた場所にある別の電荷は瞬時に変化を感じません（実際、少なくともこれら2つの電荷の間を光が移動するのにかかる時間よりも数年かかります）。したがって、その時間中の任意の瞬間に、各チャージは異なる力を感じるでしょう。
それは、ニュートンの第3法則が保存されておらず、最終的には直線運動量が保存されていないことを意味しますか？
さて、最初は静電界しか存在しなかったとき、電界には運動量密度がなかったと考えてください（しかし、それでもエネルギーはありました）。しかし、電荷が移動または消失するとすぐに、電界は「静的」ではなくなり、変化したため、ある程度の運動量を蓄積するか、ある程度の運動量密度を持ちます。ここで、電荷とフィールドのすべての運動量を追加すると、運動量はまだ保存されているという結論に達します（これは、元々は尋ねていませんでしたが、物理学の美しさを確認するための追加のメモです）。 ）。
2つの荷電粒子の相互作用の最新の解釈は、量子電気力学によるものであり、結果として生じる力は、2つのフェルミ粒子間の光子の交換によるものです。場の量子論の形式を見ると、クーロンの力の法則は相互作用の近似にすぎないことが非常に簡単にわかります。あなたはここで詳細のいくつかを見ることができます：
https://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb%27s_law#Quantum_field_theory_origin