Elektromagnetisme og relativitetsteori

"Øyvind Guldahl stilte følgende spørsmål: Er det slik at enhver ellers nøytral metalleder vil bli negativt ladd når det går strøm i den? Nei jeg mener at om en slår på bryteren og sender strøm gjennom en ledning som opprinnelig var elektrisk nøytral, så vil ledningen fortsatt være nøytral etter at strømmen er slått på. Vi har ingen målinger som tyder på noe annet. Dette innebærer at hvileavstanden mellom de frie elektronene blir større når strømmen settes på, slik at tettheten av elektroner og protoner i labsystemet forblir like stor.

Mekanismen bak økningen av elektronenes hvileavstand når strømmen slås, på kommer fra relativitetsteorien. For at ledningen skal forbli nøytral i labsystemet må alle elektronene akselereres samtidig. En enkel modell for akselerasjonen til elektronene når strømmen slås på, er at de får en rekke slag samtidig i labsystemet. Vi betrakter nå situasjonen etter at elektronene har fått en viss hastighet. På grunn av samtidighetens relativitet mottar ’de forreste’ (de som er forrest sett fra labsystemet) elektronene det neste slaget før de bakerste når vi refererer til elektronenes hvilesystem. Dette forårsaker at hvilelengden mellom elektronene øker."

I kretskortutvikling er det et kjent fenomen at et signal (strømpuls) i normale forhold på et kretskort, beveger seg med omlag 1/3-2/3 av lysets hastighet, fra sender til mottager. Elektronene i en leder beveger seg bare med noen cm per sekund, mens fortetningen og fortynningen av elektroner beveger seg med opp mot ca 2/3 av lyshastigheten, avhengig av materialegenskapene til kretskortet. Når man sender et signal i et kretskort, vil fortetningen av elektroner og fortynningen gå i hvert sitt lag av kretskortet, og så nære hverandre som mulig (grunnet elektrisk tiltrekning) . i.e. kortet er elektrisk nøytralt, selv om lagene i seg selv ikke er det mens signalet propagerer. Dersom den ene veien av en eller annen grunn er lengre enn den andre (f.eks ved at man har et jord-lag som er splittet), fører dette til vesentlig øking i elektromagnetisk støy på grunn av ladningsseparasjonen og ladningenes bevegelse.

I alle høyhastighetskretskort (og chiper) er det derfor alfa og omega å sørge for at strøm og "returstrøm" kan følge hverandre så tett som mulig, og med samme forsinkelse. Sørger man ikke for dette, vil kretskortet både generere elektromagnetisk støy ved bruk, og lettere plukke opp og bli påvirket av støy fra andre kilder.

Den fortetning og fortynning av elektroner som en elektrisk puls i en leder består av, kan generere tilsvarende, mindre, fortetninger og fortynninger i nærliggende ledere. Dette fenomenet er kjent som crosstalk.