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神奇的以太——炁场(二)

(2014-08-24 19:05:38)
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以太

电磁场

分类: 创新思维

安培力演示实验证明,物体中只要有带电粒子移动,它周围就会产生磁场。带电粒子移动方向相同时,两物体就会互相吸引,移动方向相反时,就会互相排斥。通过观看这个实验,大家一定会提出这样一个问题,即导线周围应当存在一种承担传递“斥力-引力”的媒质,隔空作用是不可能的。于是,人们就要问,究竟是一种什么样的神秘之物在履行这个任务呢?


现代物理学家一直不愿意正面回答这个问题,因为相对论已把麦克斯韦设想的“以太”介质从引力场中剔除,不敢说这是“以太”,但又不能说导线周围没有实在物履行这种斥力-引力任务。


于是,就将“以太”换了一个名称,统一称为“场”,并说“场”是一种特殊物质。如果人们继续追问,这种特殊物质又是一种什么样的东西呢?此时,理论物理学家立刻就会给出引力场、量子场、电场、磁场、弱力场、强力场、热温场等一系列常数,说这些“常数”就是这种特殊物质的性质。这样,宇宙空间就成了各类物理场的“客栈”,谁都可以来借宿。


法拉第的心愿


1540524日,在英国科尔切斯特市诞生了一位电磁现象的发现者,名叫吉尔伯特。他年轻时就读于剑桥大学,在圣约翰学院攻读医学,获医学博士后成为英国名医,由于医术高明,1601年担任英国女王伊丽莎白一世的御医,直到16031210日逝世。


吉尔伯特在科学方面的兴趣远远超过医学专业,他不仅在化学和天文学方面有渊博知识,而且在物理学领域也做出了杰出的贡献。他用观察、实验方法研究了磁与电现象,并把多年的研究成果写成名著《论磁》,于1600年在伦敦出版,系统总结和阐述了他对“磁”的研究成果,使他在物理学史上留下了不朽的位置。


《论磁》共有六卷,书中的所有结论都是建立在观察与实验基础上。著作中记录了磁石的吸引与推斥性质;磁针指向南北性质;烧热磁铁磁性消失性质;铁片屏蔽磁力性质等等。他研究了磁针与球形磁体间的相互作用,发现磁针在球形磁体上的指向和磁针在地面上不同位置的指向相仿,断定地球本身是一个大磁体,提出了地球“磁轴”、“磁子午线”等概念。


吉尔伯特还对“电”进行了研究,并制成了人类第一台验电器,证明了带电体引力大小与距离有关系,指出电引力的直线性。他对电子的本质也试图加以解释,认为电子结构中存在一种“电液”体,带电体吸引其他物体时,这种“电液”就从带电体流向被吸引的物体。他提出的这一概念说明,电是一种地地道道的实在物。


自从吉尔伯特开始研究电、磁现象后的二百多年内,两者一直是毫不相关的独立学科,没有将电和磁联系在一起。十八世纪中后叶,人们对这两种无形之物的神奇现象越发有兴趣,于是,围绕电与磁寻找自然现象之间的联系,逐渐形成了一种潮流。


奥斯特是发现电流磁效应的第一人。他曾说:人们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及人们所知道的任何其他现象的零散罗列,人们将把整个宇宙容纳在一个体系中,最终实现自然力的统一。1812年他发表了《关于化学力和电力的同一性研究》论文,表明他已经将自然力的统一思想运用到物理学和化学研究,他从电流流经直径较小的导线时导线会生热现象推测,如果导线直径再小,就可能发光,直径再继续减小,就会产生磁。并指出:人们应该检验的是,究竟电是否以其最隐蔽的方式对磁体有所影响。


电磁现象发现者吉尔伯特曾认为,电流对磁体的作用是纵向的(即沿电流方向),他曾把磁针放在通电导线前面,磁针毫无反应,他的猜测一直未能实现。谜底后来被奥斯特揭开,1819,当奥斯特在给学生讲电学、伽伐尼电流和磁学课程时,他考虑电流磁效应是否像通电导线产生热和光那样向四周散射,即是一种侧(横)向作用?在一次讲课中,他尝试将磁针放在导线的侧面。


他的这一尝试,奇迹果然出现了。当他接通电源时,放在导体侧边的磁针轻微晃动了一下,奥斯特立刻意识到,他多年孜孜以求的东西就要实现了,他紧抓不放,经过反复实验,查明了电流所具有的磁效应。1820721日发表了《电流对磁针的作用实验》,引起了学术界的轰动。


奥斯特把导体周围空间发生的这种效应称为电冲突,指出这种冲突呈现为圆形,否则就不可能解释这种现象。当磁极放在导线下面时,磁极被推向东方;当磁极被置于导线上方时,磁极被推向西方,这种现象只有“圆”形作用力才具有这样的性质,于是他认为,沿着导线长度方向连续前进的圆形运动必然形成蜗线或螺旋线。


奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。在牛顿力学中,自然界的力只能作用于物体的连线上,即力是一种直接推拉的“中心力”,而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他所说的“螺旋线”实际上就是关于磁的横向效应或电流引起的涡流磁场的直观描述。这一描述,后来就成了萌生“场”思想的开端。


经典电磁理论


1855年,麦克斯韦发表了第一篇论文《论法拉第力线》,以几何观点为法拉第力线作了数学描绘,此后他又用类比方法把力线看作不可压缩的流体管线,与流体力学理论做比较,把正、负电荷比作流体的源和汇,电力线比作流管,电场强度比作流速,引入一种新的矢量函数描述电磁场,麦氏的这一工作,可以说,他把法拉第的物理学翻译成了数学。


麦可斯韦用矢量函数导出了电流四周的磁力线和磁力之间的关系,把电流和磁力线之间的定量关系用矢量微分方程表达,并写出了电流间作用力和电磁感应定量公式。


当法拉第看到麦克斯韦的文章后,情不自禁地赞叹道:“我惊讶地看到,这个主题居然处理得如此之好!”1860年,70岁的法拉第和30岁的年轻人麦克斯韦终于见面了,建立电磁理论的共同心愿超越了两人的年龄鸿沟,法拉第深情地对麦克斯说:“你不要仅停留在数学上来解释我的观点,你应该突破它。” 这是电磁学鼻祖——法拉第给世人留下的最后心愿,今天我们重温这段历史,是想唤起人们对电磁场深层结构认识的追求。


1862年,麦可斯韦发表了第二篇电磁学论文《论物理力线》。麦克斯韦的力线理论就在于把磁场中的转动这一假说从寻常物质推广到”以太“,考虑了深置于不可压缩流体中涡旋的排列,在正常情况下,压强各向相同,但转动引起的离心力使每一蜗旋发生纵向收缩并施加经向压强,模拟法拉第力线学说中所提的应力分布。由于使每一涡旋的角速度同局部磁场强度成正比,麦克斯韦得出了同已有的关于磁体、稳恒电流及抗磁体之间力的理论完全相同的公式。根据流体观察实验,麦克斯韦认为各涡旋之所以能沿同一指向自由转动,是因为涡旋由一层微小粒子同与它相邻涡旋格开,这种微小粒子类似超微电子,麦克斯韦在电磁场中引进这种超微电子为媒质,称其是“以太”,提出电磁“以太”模型,把电学量和磁学量之间的关系形象地表现了出来。


麦克斯韦所构造的电磁以太力学模型,不仅说明了法拉第磁力线的应用性质,还建立了电磁现象之间的定量关系。1863年,麦克斯韦完成了第三篇论文《论电学量的基本关系》,这是麦克斯韦电学研究中迈出的重要一步,在这一年,他找到了在电磁量与光速之间一个纯唯象性质的环节。


1865年,麦克斯韦发表了第四篇论文《电磁场的动力学理论》,为解决与光速之间的纯唯象问题提供了一个新理论框架。它以实验和几个普遍的动力学原理为根据,证明不需要任何有关分子涡旋或电粒子之间力的专门假设,电磁波在空间的传播就会发生。在这篇论文中,麦克斯韦完善了他的方程式直接导出了电场和磁场的波动方程,其波动传播速度为一个介电系数和导磁系数的几何平均倒数,这一速度正好等于光速。至此,电磁波的存在已确定无疑,他大胆断定,光也是一种电磁波。


从麦克斯韦的研究思路看,将他前期所确立以太力学模型当作是过渡,仅把它看作是一个“力学上可以想象和便于研究、适宜于揭示已知电磁现象之间真实力学联系”的模型。所以,在第四篇论文《电磁场的动力学理论》中,他完全放弃了以太力学模型,去掉了关于媒质的结构假设,只以几个基本的实验事实为基础,完全以“场论”的观点对自己的理论进行了重建


对重建后的理论,麦克斯韦是这样说的:“我所提出的理论可以称为电磁场理论,因为它必须涉及到带电体和磁性物质周围的空间;它也可以叫做动力学理论,因为它假定在该空间存在着正在运动的物质,从而才产生了人们所观察到的电磁现象。”同时他又指出:“电磁场就是处于电磁状态的物体周围的空间,包括这些物体本身在内,场中可以只有‘某种’物质,也可以抽象成没有‘宏观’物质的空间。”显然,他虽然把以太力学模型摒弃了,但在他所假设的电磁场中仍然有“某种”物质存在,认为这“某种”物质就是以太,它充满整个空间,渗透到物体内部,不仅有能量密度,而且具有以有限速度传播电磁的功能。


1873年,麦克斯韦出版《电磁学通论》,不仅用数学理论发展了法拉第的思想,还创造性地建立了电磁场理论的完整体系。麦克斯韦方程组的一个重要结果,就是预言了电磁波的存在。麦克斯韦通过计算,从方程组中导出了自由空间中电场强度E和磁感应强度B的波动方程,并推出了电磁波传播速度与真空介电常数和磁导率之间的定量关系。


麦克斯韦说:“把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识,比之一个单纯实验人员或单纯的数学家能具有的知识更坚实、有益和巩固”。电磁学的基本方程为麦克斯韦方程组,此方程组在经典力学的相对运动转换中不服从伽里略变换,保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换,在此变换下,不同惯性坐标下的光速恒定。


这一成果标志着一种基于“场论的物理学即将诞生。爱因斯坦盛赞法拉第、麦克斯韦和赫兹的工作,认为这是“牛顿力学以来物理学中最伟大的变革”,而“这次革命的最大部分出自麦克斯韦”。人们看到,“场论”是与机械观中以“物质”为核心的另一种哲学观。


遗憾的是,矢量函数在电磁场中的成功应用,促使麦克斯韦放弃了“磁涡旋”和相邻涡流之间由一层微小粒子格开的假设,这一放弃,等于把寻找“以太”介质结构的路堵死了。好在他的理论把真空场以太的导磁率μ、介电常数ε和两者与光速C之间的等价关系揭示出来了,为后人揭开以太介质的结构奠定了基础。


爱因斯坦接受了麦克斯韦的“场论”思想,但比麦斯韦走得更远,他将“场论”用于宏观动体力学,把万有引力转化为度规时空,使宏观动体在弯曲时空中运动。这样,就不需要像电磁学那样必须追究真空场“以太”对磁、电传导能力,他放弃了追究“以太”对引力的传导能力,用时空变异性取代引力传递,最后,导致相对论把麦克斯韦的电磁“以太”彻底摒弃,用没有主人的度规时空演绎引力场的性质,尽管取得了伟大成就,但同时也给以后的理论物理学套上了思想枷锁。


现代场论弊端


现代物理学中的场论,无论是引力场、量子场还是电磁场,均把“以太”排除在场论之外,完全用数学符号取代物理学实体,让人搞不清楚物理学“场论”究竟是在论述哪一个物理主体,失去了物理学本身的责职。这一情况已延续一百多年,它的弊端已充分反映在目前理论物理学陷入困境并难以自拔的现状中。


出现这种弊端,不是物理学家不努力,也不是数学场论没有用,而是科学方法论不完备,导致目前的场论进入了死胡同。由于数学逻辑不能演绎和表述事物的结构,而宇宙空间的以太是有结构的,无奈之下,物理学家只好听从数学家的意见,用没有物理本体的场概念来替代实在物。


这种没有物理本体的电磁场和引力场,真不如唯象的电工学和牛顿力学,不仅不能解释电工学和牛顿力学“象”背后的物理机制,反而把电工学、牛顿力学引入了繁琐的数学轨道,既对工程技术进一步发展用处不大,还消耗了无数学子的宝贵青春。用这套没有物理本体的“场”理论向大众灌输,把人们的思想引入了歧途。受害最大的是量子力学的“规范场”理论,引导物理学家不惜耗巨资去寻找“基本粒子”,其实,规范场所预测的都不能算是基本粒子。


据说高等物理学中不成熟的“场”理论已进入到了初高中教材,让青少年来接受纯数学场论的演绎结论,真是贻害不浅。本博客有一篇题为“张操教授的一个质疑”的文章,讨论的是直流电能的传输理论,其本质也是这个问题,读者可参阅。


唯象理论是由单一数学思维造成的,如果我们将易学思维纳入科学逻辑体系,那么,这些“知其所以,不知其所以然”的理论就会得到很大改观。下图是教科书中对磁力线的描述


神奇的以太——炁场(二)


这些磁力线看上去很优美,但对于承载力线的“工质”却没有交代。其实,如果了解了承载力线的工质,那么,对电磁场的描述就会大不一样,对电磁场的认识也将会得到跳跃式深化。


上述教科书中的磁力线仅是磁场位能的“等势线”,代表相同密度同心圆工质(以太)的自旋角动量指向,磁场中应当还有一个描述位能差的力线——即与等势线垂直的洛仑兹力线。


磁场主人以太


欲想标出磁场中的洛仑兹力线,需要揭示空间场元素的结构。由于纯数学场论中没有物理本体元素,所以,洛仑兹力就无法与磁力线结合,这是现代电磁场论中的致命缺点。


解决这个难题,必须把被相对论开除出场空间的麦克斯韦“以太”请回来,它是承载磁场、引力场力传递功能的主人。请回以太,并不等于停留在经典电磁学层次认识世界,这一次重新把“以太”请回来,一定要明确它在电磁场中的地位和功能,整个演绎过程暂先不要让数学插手,完全由数学的贤内助“易学”来安排。经易学处理后,对场元素的结构和功能一定有意想不到的新认识,由此,就能得到一个较为清晰的电磁场物理图像。然后,根据物理图像进行数学处理,就可建立一种物理机制自洽、计算非常简单的电磁学。


易学演绎“场”元素需要从宇宙诞生开始,篇幅较长。简略地说,场元素是在宇宙创生时形成的,这是一种由“炁”元素(以太)组成的时空图像。“炁”是第一、第二两类“上帝”粒子的化身,有许多神奇性质。它无孔不入,不仅身居宇宙虚实两个中心操控整个宇宙,还占领着浩瀚的宇宙空间和所有微观粒子的间隙,监护着万物运行。

 

易学演绎证明,“炁”是一种反物质负能量子,它的原本形体是宇宙四种基本粒子之一,即反质子核。在宇宙演化中由于失去自洽场,导致这个重要基本粒子破裂,一小部分量子蜕变为零电位面电荷,聚集在宇宙中心,形成宇宙斥力源,支撑宇宙空间和支配内部物质演化;大部分量子分裂成单独自旋粒子,这是一种负能超微子,其尺度比中微子要小个数量级。它遍布全宇宙,从宇宙视界到每个原子微观结构间隙,都有它的踪迹,履行“上帝”粒子的监护责任。这一演绎结论与麦克斯韦预言“以太”媒质充满整个空间,渗透到物体内部的设想完全一致。


“炁”元素是万物秩序的操控者,也是生物不需要外力就能自我运动的第一能量。这就是东方人称“炁”,西方人所称的“以太”,它是“上帝”粒子的化身。


“炁”在中国哲学堪舆学、养生学、命理学、中医学中是常见概念,在中医学中,指构成人体及维持生命的最基本能量。在堪舆学、养生学中,“炁”是一种宇宙潜意识流,反映自然道场的一种属性。在命理学中,主要用于演绎生命体诞生时获得的“炁”能量与流年、流月“炁”能量生克合化关系的“五行六气”


“炁”是象形字,,与“气”内涵不同。上部“旡”读 jì ,甲骨文“旡”字像一个人上身挺直,双膝跪地状,寓意这是一种人所敬仰之物;部首  ”读huǒ 古同“火”,寓意宇宙中最有活力的能量。故“炁”的概念,可视为是宇宙中最受人敬仰、最有活力的一种能量。

 


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