Física universitária — 3.º ano · Bachelor Year 3
6Eletromagnetismo covariante
Um fio de cobre conduz dez ampères. Seus elétrons derivam a um décimo de milímetro por segundo — mais devagar que um caracol — e o fio é eletricamente neutro com precisão fantástica. Ainda assim, uma carga que se move ao lado dele sente uma atração mensurável. Vista do referencial próprio dessa carga, a explicação “magnética” evapora: a carga está em repouso, e uma carga em repouso não sente força magnética alguma. O que a puxa, nesse referencial, é um campo elétrico — conjurado pela própria relatividade, porque a contração dos comprimentos desequilibra, em uma parte em , as duas correntes de carga do fio. O magnetismo é a eletricidade vista de um assento em movimento. Este capítulo reescreve o eletromagnetismo do volume do segundo ano na linguagem dos três capítulos anteriores: quadrivetores para a carga e o potencial, um único tensor antissimétrico que mantém e juntos, e as quatro equações de Maxwell reduzidas a duas linhas que se leem do mesmo modo em todo referencial inercial. Além da elegância, o proveito é física em funcionamento: como os campos se transformam, por que o campo de uma carga rápida se achata num disco e por que a luz de um elétron relativístico varre para a frente como um farol — o princípio das fontes de luz síncrotron que hoje radiografam proteínas e baterias.
6.1 Quadrivetores para a carga e a corrente
Definição 6.1 (Quadrivetores)
Um quadrivetor é uma quádrupla , , cujas componentes se misturam sob um impulso de Lorentz exatamente como se misturam:
para um impulso a ao longo de . Dois quadrivetores quaisquer dão o produto escalar invariante , o mesmo número em todo referencial — o padrão por trás de e de . A posição e o quadrimomento são os dois que já temos; o eletromagnetismo fornece agora mais três: corrente, potencial e vetor de onda.
Proposição 6.2 (A quadricorrente e a conservação da carga)
A densidade de carga e a densidade de corrente formam a quadricorrente
uma nuvem de carga de densidade própria que se move com tem — a densidade cresce por porque o volume da nuvem se contrai, ao passo que a própria carga é invariante (um fato experimental decisivo: átomos com elétrons internos velozes permanecem exatamente neutros). A conservação da carga é o enunciado invariante
a equação da continuidade do volume do segundo ano, agora visivelmente a mesma lei para todos os observadores.
Demonstração parcial. A nuvem em movimento: uma caixa de volume próprio contém a carga ; no laboratório a caixa está contraída a , logo , e pela definição de densidade de corrente. Que se transforme então como quadrivetor decorre de ele ser igual a vezes a quadrivelocidade , ela própria um quadrivetor por construção. A invariância da carga é um dado experimental. ∎
6.2 Um só tensor para os dois campos
Definição 6.3 (Quadripotencial e tensor do campo)
Os potenciais do volume do segundo ano se reúnem no quadripotencial
e os campos mensuráveis , são as seis componentes independentes de um único arranjo antissimétrico, o tensor do campo eletromagnético
e não são dois campos, mas seis faces de um mesmo objeto; qual delas um observador chama de “elétrica” depende do movimento do observador.
Teorema 6.4 (Maxwell, de forma covariante)
As quatro equações de Maxwell do volume do segundo ano são a forma em componentes de dois enunciados independentes do referencial: o par com fontes (Gauss e Ampère–Maxwell) é
e o par sem fontes (ausência de monopolos, Faraday) é a identidade que garante que deriva de um quadripotencial. A força de Lorentz é — a lei da força, magnética inclusa, numa só linha. Como os dois lados de cada equação se transformam do mesmo modo, a teoria de Maxwell não precisa de correção alguma para ser relativística: foi a primeira peça acabada da relatividade, nascida em 1865.
Demonstração parcial. Expanda a componente : , isto é, (usando ). A componente reúne : a componente de Ampère–Maxwell. As demais componentes repetem o padrão; o par sem fontes é a igualdade das derivadas segundas cruzadas de (verificada no Exercício 6.3). Que se transforme como um tensor (de dois índices) — cada índice como um quadrivetor — é admitido; suas consequências são a próxima proposição. ∎
6.3 Como os campos se transformam
Proposição 6.5 (Transformação dos campos)
Para um impulso de velocidade : as componentes ao longo do movimento ficam intactas, as transversais se misturam,
De modo compacto, transversalmente ao impulso: e . Um puro num referencial é e em outro: os campos são um único fenômeno.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 6.6 (Magnetismo a partir de um fio neutro)
Um fio neutro conduz corrente: rede positiva em repouso, elétrons em deriva. Para uma carga de prova que se move ao lado, passe ao referencial dela: as duas correntes de carga se contraem de modo diferente (têm velocidades diferentes), o fio adquire a carga linear líquida , e seu campo elétrico radial puxa a carga exatamente com a força que o laboratório chamava de . O magnetismo é a aparência do termo de segunda ordem da relatividade quando cargas elementares por metro conspiram: cada efeito é fantasticamente pequeno, mas o fio é neutro com precisão ainda maior, de modo que o desequilíbrio minúsculo é a história inteira (Problema 6.1).
Exemplo 6.7 (O campo achatado de uma carga rápida)
Transforme o campo de Coulomb de uma carga para o referencial em que ela se move com : o campo longitudinal não muda, enquanto o transversal é multiplicado por . O campo, antes esférico, achata-se num disco de abertura angular em torno do plano que passa pela carga — acompanhado, transversalmente ao movimento, por um anel magnético . Para um observador parado, a passagem de um próton do LHC () é uma bofetada sub-picossegundo de e quase cruzados: quase um pulso de luz — a razão de os feixes rápidos falarem com a matéria do jeito que os fótons falam.
6.4 Invariantes, luz e o efeito farol
Proposição 6.8 (Os dois invariantes do campo)
A partir de podem-se construir exatamente dois escalares independentes:
os mesmos em todo referencial inercial. Consequências: se em algum lugar (com ), algum referencial vê ali um campo puramente elétrico; se , algum referencial o vê puramente magnético; e uma onda plana de luz, com e , tem os dois invariantes nulos — é luz em todo referencial: nenhum impulso pode transformá-la num campo estático, apenas desviá-la para o vermelho. Não se pode alcançar uma onda de luz; a pergunta de adolescente de Einstein se responde a si mesma em dois invariantes.
Demonstração parcial. Verifique a invariância sob o impulso padrão por substituição direta da Proposição 6.5 (Exercício 6.6); que não exista um terceiro invariante independente é admitido. Para a onda: e a ortogonalidade anulam os dois; um referencial com campo estático exigiria um invariante não nulo. ∎
Proposição 6.9 (Quadrivetor de onda, Doppler e aberração)
A frequência e a direção de uma onda plana formam o quadrivetor nulo , . Transformá-lo dá de uma vez a fórmula relativística do efeito Doppler do Capítulo 4 e a aberração das direções:
Lida ao contrário, uma fonte que irradia isotropicamente em seu referencial de repouso concentra, no laboratório, metade de sua luz no cone dianteiro : é o efeito farol. Um elétron que gira a num anel de armazenamento varre um holofote de raios X de ao redor do anel — a luz síncrotron que abastece as linhas de cristalografia de proteínas.
Demonstração parcial. A fase conta as cristas de onda que passam por eventos — um invariante — de modo que tem de se transformar como quadrivetor. Aplique o impulso a : a componente temporal dá o efeito Doppler, e a razão das componentes espaciais dá a fórmula da aberração. Impondo (o raio lateral no referencial da fonte): , isto é, para — metade da esfera se dobra dentro do cone dianteiro. ∎
Método 6.10 (Trabalhar de modo covariante)
(1) Identifique os quadrivetores em jogo (, , , , ) e prefira seus produtos invariantes às componentes. (2) Para transformar campos, separe as componentes ao longo e transversalmente ao impulso e aplique a Proposição 6.5. (3) Verifique os dois invariantes antes e depois — o detector de erros mais rápido do assunto. (4) Quando um problema magnético parecer misterioso, viaje com a carga: no referencial dela só age. (5) Confie em Maxwell: as equações nunca precisam de “correções” relativísticas, apenas de uma leitura relativística.
6.5 Exercícios
Exercício 6.1 ★
(a) Aplique a (em unidades de um certo ) um impulso de : calcule e verifique que não muda. (b) Mostre que a soma de dois quadrivetores é um quadrivetor. (c) O de uma partícula é um quadrivetor? E ? (d) Por que “o campo elétrico” sozinho não faz parte de quadrivetor algum?
Solução
Solução de Exercício 6.1.
(a) : , ; . (b) A transformação é linear e, portanto, se distribui sobre somas. (c) : não — sua componente “temporal” é a mesma para todas as partículas, enquanto a mistura exige o contrário; : sim, um quadrivetor dividido pelo invariante . (d) As três componentes de se misturam com as de , e não com escalar algum: os campos preenchem um tensor de dois índices, não um quadrivetor.
Exercício 6.2 ★
Um fio de cobre de seção conduz ; a densidade de elétrons de condução é . (a) Calcule a velocidade de deriva. (b) Escreva para o fluido de elétrons e para a rede. (c) Verifique a equação da continuidade para cada um. (d) O fio é neutro: quanto vale para o fio inteiro, e que componente sobrevive?
Solução
Solução de Exercício 6.2.
(a) . (b) Rede: ; elétrons: — a densidade de corrente deles, , aponta contra a sua deriva, e essa é a direção da corrente convencional. (c) Ambas são estáticas e uniformes: todos os termos se anulam. (d) Total: com — uma corrente pura sem carga, a configuração que torna sutil a relatividade do fio.
Exercício 6.3 ★
(a) A partir da matriz de , diga que componentes dão e . (b) Escreva para um campo uniforme puro e para o campo de uma onda plana (, ). (c) Verifique nas componentes que reproduz para . (d) Por que precisa ser antissimétrico para que a força não realize trabalho no referencial próprio da partícula?
Solução
Solução de Exercício 6.3.
(a) : ; : . (b) Para , apenas e ; para a onda, , (e os parceiros antissimétricos). (c) : confere com a matriz. (d) A taxa de variação da energia da partícula é ; no referencial de repouso e a antissimetria faz : uma força que jamais pode realizar trabalho sobre uma partícula em repouso — a propriedade que define a parte magnética.
Exercício 6.4 ★
Um capacitor de placas paralelas em repouso mantém , sem . Dê e num referencial que se move (a) ao longo de (perpendicular às placas); (b) ao longo de (paralelo às placas), e interprete o que aparece como o campo das cargas superficiais em movimento; (c) verifique os invariantes no caso (b); (d) no caso (b), as placas também se contraem: que grandezas (? ? a separação das placas?) mudam, e de modo coerente com o quê?
Solução
Solução de Exercício 6.4.
(a) Impulso ao longo do campo: componentes longitudinais intactas, , . (b) Impulso ao longo de : , — as placas passam a escoar como correntes superficiais , e duas lâminas de corrente opostas envolvem exatamente um campo desses. (c) ; : os dois se preservam. (d) As placas se contraem ao longo de , logo , coerente com ; a separação, transversal ao impulso, fica intacta.
Exercício 6.5 ★★
A fem de movimento unificada. Uma haste condutora desliza com sobre trilhos através de um uniforme. (a) Contabilidade do laboratório: que força empurra os elétrons ao longo da haste, e que fem resulta? (b) Contabilidade no referencial da haste: que campo os empurra, e de onde ele vem na Proposição 6.5? (c) Mostre que as duas fem coincidem em ordem . (d) A regra do fluxo de Faraday, do volume do primeiro ano, cobria tanto o caso “circuito em movimento” quanto “campo variável” com uma só fórmula: o que a relatividade diz sobre por que essa unificação tinha de funcionar?
Solução
Solução de Exercício 6.5.
(a) A força magnética empurra os elétrons ao longo da haste: fem . (b) No referencial da haste, ela está em repouso — nenhuma força magnética sobre cargas paradas — mas a transformação entrega : é um campo elétrico honesto que faz o trabalho. (c) em ordem . (d) Tinha de funcionar porque a fem “de movimento” e a fem “de transformador” são um só fenômeno lido em dois referenciais: a regra do fluxo é a covariância vestida de 1831 — o artigo de Einstein de 1905 abre exatamente com essa assimetria entre o ímã e o condutor.
Exercício 6.6 ★★
(a) Usando a Proposição 6.5, verifique por cálculo direto que para um impulso ao longo de . (b) Verifique que . (c) Uma região contém e perpendiculares, com : encontre o referencial de campo puramente elétrico (direção e velocidade). (d) Por que nenhum referencial pode tornar o campo de uma onda plana de luz puramente elétrico ou puramente magnético?
Solução
Solução de Exercício 6.6.
(a) As componentes ficam intactas; para as transversais, ; os termos cruzados se cancelam e os quadrados reúnem vezes a combinação não transformada. (b) A mesma contabilidade sobre . (c) : impulso ao longo de a ; ali e o campo que sobra é — cujo quadrado dá o invariante, como deve ser. (d) Uma onda de luz tem os dois invariantes nulos: todo referencial precisa reproduzir , jamais um campo puro.
Exercício 6.7 ★★
Campos cruzados. No laboratório, e com . (a) Mostre que o referencial que se move com vê um campo puramente magnético. (b) Descreva o movimento de uma carga solta em repouso, visto desse referencial e de volta no laboratório (uma cicloide que deriva a ). (c) O filtro de velocidades do volume do primeiro ano deixava passar sem desvio as partículas de velocidade : deduza isso de novo, numa linha, a partir de (a). (d) O que acontece, qualitativamente, quando — e por que o truque do referencial de deriva se torna então impossível?
Solução
Solução de Exercício 6.7.
(a) Com : ; : campo puramente magnético, um pouco enfraquecido. (b) Ali: um círculo a ; de volta ao laboratório: esse círculo mais a deriva uniforme — uma cicloide que rasteja a perpendicularmente aos dois campos, a trajetória das cargas num magnétron. (c) Uma partícula que se move exatamente a está em repouso no referencial de deriva, onde o único campo é magnético e ela nada sente: não é desviada. (d) Para a deriva necessária excederia : não existe tal referencial; em vez disso existe um referencial de puro (exercício anterior), e a carga é acelerada sem limite ao longo do campo.
Exercício 6.8 ★★
O quadrivetor de onda . (a) Mostre que exigir a invariância da fase obriga a se transformar como quadrivetor. (b) Deduza a fórmula longitudinal do efeito Doppler a partir de sua componente temporal. (c) Deduza a fórmula da aberração. (d) Aberração da luz das estrelas: a Terra orbita a ; por que ângulo a posição aparente de uma estrela varre ao longo de um ano? (Bradley mediu em 1728 — a primeira prova direta de que a Terra se move.)
Solução
Solução de Exercício 6.8.
(a) A fase conta eventos de passagem de crista, um número invariante; ela é igual a , e a invariância do produto para todo obriga a se transformar como quadrivetor. (b) com ; para , . (c) : a fórmula enunciada. (d) : ; ao longo de um ano a posição aparente varre uma elipse desse semieixo angular — a aberração de Bradley.
Exercício 6.9 ★★
Uma carga se move com constante, . (a) Transformando o campo de Coulomb, mostre que, no plano transversal que passa pela carga, o campo é amplificado a à distância , enquanto à frente e atrás ele é esmagado por . (b) Mostre que um observador parado à distância vê um pulso de campo de duração . (c) Para um próton do LHC que passa a : campo máximo e duração do pulso. (d) Em que sentido preciso esse pulso é “quase luz”? (Verifique e os invariantes.)
Solução
Solução de Exercício 6.9.
(a) No referencial de repouso, Coulomb; o impulso multiplica as componentes transversais por (no plano transversal, ), ao passo que o campo ao longo do movimento, avaliado à frente ou atrás a uma distância do laboratório, corresponde a uma distância no referencial de repouso: reduzido por . (b) O disco de largura angular passa com velocidade : duração . (c) , durando . (d) e os dois invariantes são : localmente indistinguível de um pulso de luz — a base da descrição por “fótons equivalentes” das colisões de cargas rápidas.
Exercício 6.10 ★★★
Perseguir uma onda de luz. Uma onda plana tem , . Um observador a persegue com . (a) Transforme os campos: mostre que e . (b) Mostre que a frequência se transforma pelo mesmo fator: a onda continua onda, desviada para o vermelho, com sempre. (c) O que acontece com a densidade de energia da onda (proporcional a ) e com o número de fótons? (d) Conclua: o que exigiria “viajar ao lado de um feixe de luz”, e qual invariante o proíbe?
Solução
Solução de Exercício 6.10.
(a) , e pela mesma álgebra. (b) A fase se transforma pelo mesmo fator Doppler: a mesma onda nula, mais vermelha e mais fraca. (c) A densidade de energia cai com o quadrado do fator Doppler; o número de fótons não muda — cada de fóton carrega o fator inteiro. (d) “Viajar ao lado” significa o fator quando : a onda nunca se torna estática porque seus invariantes são nulos — não há referencial em que a luz fique parada, que é onde a relatividade deste livro começou.
Exercício 6.11 ★★★
A luz síncrotron e a morte das máquinas circulares de elétrons. Uma carga ultrarrelativística num círculo de raio irradia a potência (admitido — a fórmula de Larmor do volume do segundo ano, com o impulso de Lorentz aplicado). (a) Mostre que a energia perdida por volta é . (b) LEP: elétrons a com : calcule e o por volta — que fração da energia do feixe é recomprada a cada volta? (c) LHC: prótons a , no mesmo túnel: calcule o por volta e compare. (d) Explique, com o fator , por que o sucessor dos elétrons é um colisor linear ou um anel muito maior, e por que os anéis de prótons sobrevivem.
Solução
Solução de Exercício 6.11.
(a) Por volta, : o resultado enunciado. (b) : por volta — três por cento da energia do feixe reinjetados a cada volta; os clístrons do LEP eram o maior transmissor de rádio da Terra. (c) Prótons: , com menor por : cerca de por volta — desprezível. (d) : a energias iguais o elétron irradia vezes mais; daí os colisores lineares (irradia-se uma vez, não a cada volta) ou anéis gigantescos para elétrons, ao passo que os anéis de prótons escalam sem dor até .
Exercício 6.12 ★★★
O cíclotron relativístico. Uma carga num uniforme, a velocidade relativística. (a) A partir de com constante, mostre que a órbita é um círculo percorrido com : a frequência de cíclotron cai com a energia. (b) Um cíclotron clássico empurra a fixo: mostre que, após voltas com crescendo linearmente até seu valor final , o escorregamento de fase acumulado atinge um quarto do período da radiofrequência quando ; para voltas, que energia cinética de próton é essa, e como ela se compara ao teto histórico dos cíclotrons clássicos (uns , conquistados com margem e tensão extras)? (c) Existem dois remédios: elevar a frequência (sincrocíclotron) ou moldar para crescer como (cíclotron isócrono): explique cada um numa frase. (d) O cíclotron isócrono do PSI entrega prótons de : por que fator seu campo na borda supera o campo central?
Solução
Solução de Exercício 6.12.
(a) é constante (não há trabalho); gira à taxa . (b) Escorregamento por volta ; com crescendo linearmente até , o escorregamento total é ; um quarto de período é : . Para : , — a escala certa; as máquinas reais o esticaram até com tensões altas nos dês (menos voltas). (c) Sincrocíclotron: baixe a radiofrequência durante cada pulso para acompanhar . Cíclotron isócrono: deixe crescer , de modo que a razão nunca mude e o feixe permaneça contínuo. (d) : o campo na borda tem de superar o campo central por esse fator.
6.6 Problema: Magnetismo a passo de caracol
Problema 6.1
Problema de fim de semana — como um desequilíbrio de faz girar todo motor
Os elétrons derivam por um fio de lâmpada mais devagar que o mel escorre, e o dessa deriva vale — e, ainda assim, a força magnética que ela produz levanta carros em ferros-velhos. Este problema faz a contabilidade completa em dois referenciais para um fio retilíneo e uma carga em movimento, e encontra a relatividade escondida em todo eletroímã. Dados: fio de cobre, seção , corrente , densidade de elétrons de condução ; carga de prova à distância , movendo-se paralelamente ao fio com (uma velocidade de feixe iônico, para manter os números visíveis); .
Parte I — A contabilidade no laboratório.
- Calcule a velocidade de deriva dos elétrons e .
- Modele o fio como duas cargas lineares superpostas: a rede em repouso e os elétrons em deriva a , com . Calcule .
- Calcule na posição da carga e a força magnética sobre ela — direção incluída, para paralelo à corrente convencional (lembre: correntes paralelas se atraem).
- Por que não há força elétrica alguma no laboratório?
- O campo elétrico do mesmo fio se ele carregasse uma carga líquida de apenas um elétron em excesso por metro: compare a força que ele exerceria sobre com a força magnética da questão 3 e conclua com que precisão a “neutralidade” precisa ser medida antes de o magnetismo poder ser atribuído.
- Uma carga de a : a força da questão 3 é mensurável? (Compare com o peso de um grão de areia, .)
Parte II — Trocando de assento. Passe ao referencial da carga de prova (velocidade ao longo do fio).
- Nesse referencial, quais são as velocidades da rede e dos elétrons (que derivam em sentido oposto a e por isso ganham velocidade neste impulso — componha-as corretamente)?
Integrada sobre a seção do fio, a quadricorrente por unidade de comprimento é , com aqui. Transforme-a e mostre que a carga linear do fio no novo referencial é
- Avalie , em coulombs por metro e em cargas de elétron por metro. Qual das duas correntes ficou mais densa, e por quê (contraia cada uma separadamente, se preferir)?
- Calcule o campo elétrico na carga e a força elétrica sobre ela.
- Compare com o do laboratório da Parte I e explique o fator residual (a lei de transformação de qual quadrivetor relaciona as forças?).
- Nesse referencial há também um campo magnético (o fio continua conduzindo corrente): por que ele não exerce força aqui?
Parte III — A moral dos números.
- O desequilíbrio relativo : calcule-o e escreva-o como .
- Como um efeito da ordem de da carga do fio pode produzir uma força macroscópica? (Que número enorme ele multiplica?)
- Dois fios paralelos com cada, a : calcule a força por metro e confira contra o valor de definição newtons por metro.
- Um eletroímã são dez mil voltas desta mesma história: estime o campo de uma bobina de espiras por metro conduzindo (fórmula do solenoide do volume do primeiro ano) e a força por centímetro quadrado que ele exerce sobre o ferro ().
- Se a relatividade fosse desligada ( na transformação), o que restaria de , da força de , dos motores e dos ímãs de ferro-velho?
- Por que a carga de prova em repouso perto do fio não sente nada, ainda que os elétrons desfilem ao lado dela? (Que cancelamento a protege, e com que exatidão?)
Parte IV — Além do fio.
- O volume do segundo ano deduzia os campos magnéticos da lei de Ampère, com as correntes como fontes dadas. O que este capítulo acrescenta a essa contabilidade — o que é o campo magnético, visto deste problema?
- Os ímãs de ferro não têm bateria: o que faz o papel da corrente no magnetismo permanente (uma frase; a resposta microscópica honesta é quântica e espera cinco capítulos)?
- Um único feixe de elétrons no vácuo (sem rede): um observador que o acompanha o vê atrair ou repelir a si mesmo mais do que um observador de laboratório? Reconcilie as contabilidades dos dois referenciais para a autoconstrição de um feixe.
- Torne quantitativo o último ponto: mostre que dois feixes paralelos de mesma carga que se movem juntos com se repelem com uma força líquida (repulsão elétrica menos atração magnética) reduzida exatamente por em relação ao valor em repouso — e diga qual contabilidade torna o fator evidente.
- A energia de uma lâmpada chega a quase , enquanto seus elétrons derivam um metro por hora: o que de fato transporta a energia ao longo do fio (lembre o vetor de Poynting do volume do segundo ano)?
- Estime para os elétrons deste problema e uma carga de prova de pedestre (): mesmo aí, a força é mensurável em primeira ordem com uma agulha de bússola — quem demonstrou que uma corrente desvia uma bússola, e em que ano?
- Resuma o resultado central: um fio neutro de , observado de um assento que se move a , carrega de carga relativística — e esse erro de contabilidade da ordem de , devido à contração dos comprimentos, multiplicado por elétrons, é a força magnética inteira do laboratório.
Solução
Solução de Problema 6.1.
1. ; . 2. — catorze quilocoulombs por metro em cada corrente. 3. ; , dirigida para o fio (correntes paralelas se atraem). 4. As duas cargas lineares se cancelam exatamente: , nenhum campo em ordem zero. 5. Um elétron em excesso por metro: , força — vezes menor que a força magnética. O fio poderia esconder cem milhões de elétrons avulsos por metro antes que a eletrostática rivalizasse com o magnetismo: atribuir a força a é seguro. 6. são vinte pesos de grão de areia: facilmente mensurável. 7. Rede: . Elétrons (que derivam a em sentido oposto a , isto é, oposto ao impulso): velocidade — mais rápidos que a rede. 8. . 9. : cerca de elétrons em excesso por metro. A corrente de elétrons, mais rápida neste referencial, é a mais densa — cada corrente se contrai pelo seu próprio . 10. , apontando para o fio; força , atrativa. 11. Idêntica a a menos do fator : exatamente a lei de transformação de uma força transversal (a quadriforça), . 12. O fio continua conduzindo uma corrente (maior), e por isso — mas nossa carga está em repouso aqui, e um campo magnético só agarra cargas em movimento. 13. . 14. Ele multiplica cargas elementares por metro: elétrons por metro — macroscópico. A matéria é tão enormemente carregada que sua neutralidade é o fio de uma navalha; a relatividade inclina a navalha. 15. — a fórmula que um dia definiu o ampère. 16. ; pressão magnética : carros inteiros pendurados em relatividade integrada. 17. mata e, com ele, a força, a parte magnética do campo, os motores, os dínamos e os guindastes de ferro-velho: o magnetismo não tem existência não relativística. 18. Em repouso, a carga vê o fio neutro do laboratório: as duas correntes se cancelam com a precisão com que a matéria é neutra — conhecida experimentalmente com exatidão fantástica — e força alguma age. 19. Que a imagem das “fontes dadas” era a fatia, num único referencial, de um só tensor: é a parte do campo eletromagnético que o movimento de um dado observador atribui a correntes, e não a cargas. 20. O spin do elétron: cada elétron é um ímã elementar (uma “corrente” intrínseca e quântica), e o ferro é a matéria em que eles se alinham — o Capítulo 12 e o Capítulo 22 retomam isso. 21. No referencial de repouso do feixe a repulsão é puramente coulombiana e máxima; no laboratório, a atração magnética das correntes paralelas quase a cancela. Sem contradição: a força transversal do laboratório é a do referencial de repouso dividida por , e a dinâmica mais lenta (dilatação do tempo) completa a contabilidade. 22. Força líquida no laboratório , conforme a transformação; no referencial de repouso o fator é transparente: eletrostática pura, com a expansão observada através de um tempo dilatado. 23. O vetor de Poynting: a energia escoa pelos campos em torno dos condutores a quase , com os elétrons apenas a ordenando; o cobre do fio é um guia, não um cano. 24. — e, ainda assim, Ørsted viu sua bússola girar ao lado de um fio em 1820: o multiplicador de cargas já estava em ação um século antes que alguém pudesse nomeá-lo. 25. Um fio neutro de , visto de , carrega : a diferença de contabilidade de devida à contração dos comprimentos, multiplicada por cargas por metro, é a força magnética — todo o magnetismo é a relatividade auditada a passo de caracol.