Klassische Elektrodynamik - Institut für Theoretische Physik der ...

Kapitel I. Physikalische und mathematische Grundlagen, Maxwell-Gleichungen 7
b) wird Kraft nicht durch übertragendes Medium vermittelt.
Das Gesetz von Liénard-Wiechert für die Kraft zwischen bewegten Ladungen widerspricht
aber a). Retardierung kennt man üblicherweise von Wirkungen, die ein Medium erfordern
(z. B. Knall, . . . ). Auch sonst ist die Erfahrung, daß Kräfte zur Übertragung ‘Zwischenglieder’
erfordern.
Faraday schlug ∼1830 eine Nahwirkungstheorie vor: Demzufolge versetzt elektrische
Ladung den Raum in einen ‘Erregungszustand’, der sich durch Kraftwirkung bemerkbar
macht. Konsequenzen (bzw. scheinbare Konsequenzen) dieser Auffassung sind:
1. Man erwartet Zeitdifferenz zwischen Ursache und Wirkung, was gemäß dem Liénard-
Wiechert-Gesetz experimentell bestätigt wird.
2. Man benötigt ein ‘Medium’, das den elektrischen Zustand trägt. Dies führt zur Vorstellung
des Äthers.
Bei genauerer Betrachtung findet man:
zu 1. Man kann aus der experimentellen Bestätigung der Retardierung nicht die Richtigkeit
der Nahwirkungstheorie beweisen (Wheeler, Feynman).
zu 2. Der Äther läßt sich experimentell nicht finden!
→ Man ersetzt den ’anschaulichen’ Äther durch eine abstraktere Begriffsbildung.
Der ‘Erregungszustand des Raumes’ hervorgerufen durch (ruhende oder bewegte) Ladung ist
das elektromagnetische Feld. Feld bedeutet: Jedem Punkt im Raum wird eine Größe zugeordnet
(Skalar, Vektor, allgemein: Tensor n-ter Stufe).
Elektromagnetisches Feld:
Zu jeder Zeit t sind jedem Punkt x = (x 1 , x 2 , x 3 ) des Raumes zwei Vektoren zugeordnet:
• für das elektrische Feld:
E(x, t) ≡ elektrische Feldstärke (ein polarer Vektor)
• für das magnetische Feld:
B(x, t) ≡ magnetische Induktion oder magnetische Kraftflußdichte (ein axialer
Vektor)
E und B werden oft vereinfachend (und inkorrekt) als ’elektrisches und magnetisches Feld’
bezeichnet.
Die Kraftwirkung der Felder auf ein Teilchen der Ladung q, das sich zur Zeit t am Ort x
mit der Geschwindigkeit v bewegt, ist gegeben durch die Lorentzkraft
F = q
[E(x, t) + 1 ]
c v × B(x, t)
(I.4)
Das heutige Verständnis des klassischen Feldes in der Quantenmechanik (QM) bzw. Quantenfeldtheorie
(QFT) ist folgendes: Alle Kräfte werden mikroskopisch durch den Austausch
von Bosonen beschrieben, z. B. Photonen für die elektromagnetische Kraft. Symbolisch (genauer:
als Feynman-Diagramm) dargestellt etwa für den Austausch eines Photons (γ) zwischen
zwei Elektronen: