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用光的螺旋传播能很容易理解的现象

(2020-12-12 00:11:00)
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杂谈

    麦克斯韦对电磁场的描述:电磁场理论必须考虑带电体或磁体周围附近的空间;因为该空间有某种运动的物质,可观察到的电磁现象是由它产生的。电磁场是包含并围绕带电体和磁体的那部分空间。它可以被任何物质充满,或者不含有任何实物粒子,有如盖斯勒管或真空。

    麦克斯韦是这样描述他的电磁场:电磁场作为一种弥漫介质,具有很小的密度,可处于运动状态,以很大但有限的速度将某部分的运动传到其他部分。具有能量(势能)、动量、角动量(旋度)[1]参考文献:[1] 刘觉平.麦克斯韦方程组的建立及其作用(二)[J].中国物理学会期刊网.2016—01—14)

     惠更斯原理:光在传播过程中的每一个点都是一个次波源。即某一时刻,波前(等位相面)可看作是一系列的点组合成的平面(球面或曲面),波前上的每个点都可看作是一个次波源发出球面次波,传播距离为c/n(c为光速,n为介质的折射率)。光场中任一点,即波前上的任一点,都可视为新的振动中心。这些振动中心发出的光波,称为次波。波的传播过程,可以看作是次波中心不断地衍生出新的次波的过程。次波又可以产生新的的振动中心,继续发出次波,使得光波不断向前传播。新的波面即是这些振动中心发出的各个次波波面的包络面。波传播过程中波前上的每个点都可以当作一个次波源,而每一个次波源的包络面都为一个个重叠的圆波,当波可以被约束在介质的表面形成表面波现象(大圆套小圆的束缚波);物体界面上的每个点也都可被看作是一个次波源,就如同一个个重叠嵌套,且半径不一的圆圈。

爱因斯坦关于物体周围的场的论述:场的概念开始是作为表述磁力的传递方式首先由法拉第引入的。19世纪初期的物理学家总认为场是不存在的,场代表的那些力线本质上是虚构的。在最初,场的概念不过是作为我们便于从力学的观点去理解现象的一种工具,是为帮助人们更好地理解自然定律的一种手段。时至今日,越来越多的物理学家相信这些场是客观存在的,并具有重大的物理意义。相对论首先提出:围绕在物体或粒子周围空间的各式各样的场应被认为是一种实在的东西[2](参考文献:[2][]阿尔伯特﹒爱因斯坦,[波兰]利奥波德﹒英费尔德.物理学的进化[M].周肇威,.长沙:湖南教育出版社,1999108109.)按照这种观点,抛掷出的一个石子就是变化着的场,在变化着的场中强度最大的场的态以石子的速度穿过空间。在我们这种新的物理学中,不容许有场和实物两种实在,因而场是惟一的实在。实物看作是空间中场特别强的一些区域,物质蕴藏着大量的能,而能又代表物质。我们不能用这个方式定性地来区别实物与场,因为实物与场之间的区别不是定性上的区别。最大部分的能集中在实物之中,但是围绕微粒的场也代表能,不过数量特别微小而已。因此我们可以说:实物便是能量密度特别大的地方,场便是能量密度小的地方。但如果是这样的话,那么实物和场之间的区别,与其说是定性的问题,倒不如说是定量的问题。把实物和场看作是彼此完全不同性质的两种东西是毫无意义的,我们不能想象有一个明确的界面把场和实物截然分开[3]([3][]阿尔伯特﹒爱因斯坦,[波兰]利奥波德﹒英费尔德,物理学的进化[M].周肇威,.长沙:湖南教育出版社,1999179.)

       在《内禀旋转运动的传播与中微子》一文中,电荷周围空间的电磁场被看成是由无数多个无静质量的内禀旋转运动的“虚光子”的集合构成的“虚泡”或“空穴”,所谓“虚光子”就是光子的基态或未激发态,是因为在“虚光子”和电荷构成的系统中,“虚光子”因荷载的自弯曲矢量(类似于向心或离心力)导致的势能υ“虚光子”所具有的內禀旋转动能 E 大小相等而符号相反,使“虚光子”在“虚光子”和电荷构成的系统中的总能量为零。所以就称为“虚光子”。其实,零能量、零点运动、虚粒子、量子涨落、闭弦、圈量子等这些表述的内涵有些微妙差别,但都指向同一个现象——零能量旋转或正交振动。那么电子、缪子、质子、中子、原子等就可被看成是由一层层的內禀旋转的“虚量子”包裹起来的虚泡或旋涡,即可以看成是被一团波长大于特定波长阈值的虚光子“云”包裹着的泡沫。在数学上就可近似看成是由无数的“虚量子”构成的开球域(开球集)。而光子又被看成是由内禀旋转运动的“虚光子”受激后以类似于圆柱螺旋线形式运动的量子质点[4](参考文献:[4] 薛建平.内禀旋转运动的传播与中微子[C/OL].当代物理世界-中文物理论文集,(2008-12-8).[2004-5-18]. http://www.physicswd.com/index.html.

   目前很多的微观现象揭示出:在微观尺度存在界面能、或表面能、或界面势能、或界面势垒、以及界面能具有尺寸效应、量子的限域效应,就如同较长波长的电磁波就需要有较大尺寸的发射及接收天线一样,在纳米尺度下,科研人员可以通过调控发光量子点的尺寸来调节量子点的发光波长。

    磁场具有的涡旋或环流特性,导致我们能构造出磁笼这类的磁容器来困住高温等离子体,使其产生可控的核聚变反应;太阳上的磁场能形成巨大的磁环将等离子体困在其中发生核聚变反应产生源源不断的辐射能量。在星际空间的磁绳结构中,磁场会绕着某一个方向旋转,形成螺旋性的磁力线结构,且常能“裹挟”着粒子和电流,形成“桥梁”,促进空间等离子体环境不同区域间物质和能量的传输和交换。

 

   上面的叙述都说明內禀旋转的“虚光子”构成的虚泡是存在的。另外,对于由光子形成的薄饼状的光学晶格,以及由激光束制成的三维圆柱形“容器”,采用别的模型来理解都比较复杂,而用光的螺旋传播模型来理解就简单和容易多了。

               用光的螺旋传播能很容易理解的现象

                   图片 锂-6原子被困在由激光制成的“容器”中。| 素材参考来源:Patel et. al./ Science

                  引自:https://huanqiukexue.com/a/qianyan/tianwen__wuli/2020/1211/30826.html


     

    


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