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电场作用原理和磁场作用原理

(2011-02-16 11:19:19)
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杂谈

 

            电场作用原理和磁场作用原理

 

在牛顿力学中,所谓引力场就是指其中有引力作用的空间,这种抽象的空间常常被人们理解为是一种逻辑的、先验的范畴。在电动力学中,带电体之间的相互作用首先就表现在电荷和电磁场之间的相互作用。在狭义相对论中,空间、时间和场的概念都是由洛仑兹变换方程的不变性所表述的。在广义相对论中,爱因斯坦的引力的基本概念是:引力场中的运动和观察者们对于减速车厢而言的那种惯性运动是一样的。不管物理学采纳怎样复杂的概念来描述引力场和电磁场,继续向前发展的物理学理论都在力图回避牛顿的超距作用的假说。因为,这种假说是我们已形成的认识模式所不能接受的。人们为了尽量避开讨论场的真实状态,曾经把场简化成各种形式,这其中包括电荷、力线、弹性媒质、数学方程组、坐标变换和观测效应等。

  17世纪初,对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的观念。他深信在带电体和磁体的周围存在着某种物质特殊的“紧张状态”,他用电力线和磁力线来描述这种状态。他认为:力线是物质的,它弥漫在全部空间,并把异号电荷和相异磁极分别连接起来;电力和磁力不是通过虚空空间的超距作用。法拉第的这些关于场的概念,为建立电磁现象奠定了理论基础。1864年,麦克斯韦宣读的一篇论文中去掉了开始曾启发他但又无法深入解释的力线横波,仅保留了数学方程组和作为描述场的“以太”。在以后的2个世纪时间内,光的负载者“以太”一直困扰着物理学。为了设想一种横波振动的传播,“以太”曾被认为具有液体的性质。为了讨论运动物体是否带走“以太”的问题,人们又不得不强加给“以太”许多奇怪的性质。古典的光学实验——迈克尔逊实验、斐索实验、光行差实验——最终的矛盾结果,使“以太”的假说彻底破产了。19世纪,随着相对论和量子力学的发展,进一步证明了光具有波粒两象性。但是,在对光本性的认识上,相对论和量子力学又出现了新的深刻的矛盾。“上帝不掷骰子”,在爱因斯坦与玻尔为代表的哥本哈根学派关于量子理论性质长达40年之久的论战中,一个中心的论题就是“上帝掷不掷骰子?”也就是说,科学规律本质上是否应是因果性的,或者说是否可以是概率性的?允不允许最终与因果性原理不相容的科学规律?

  在两狭缝光的衍射实验中,爱因斯坦坚持认为:一个光量子怎么可以同时走两条路呢?你说它走一条路,又说它走两条路,这是多么没有意义的事,量子论是何等自相矛盾啊!玻尔却强调说:基本量子现象只有当被观察到时,才是一种现象……

然而不论是相对论还是量子力学,关于场论的理论必须能够正面回答下面的问题:究竟是场推动实物运动,还是实物带走场,或是场和实物一块运动?在电磁学中,“正”与“负”电荷概念的引入不能说明上述问题的因果关系,因为按同性电相斥、异性电相吸,场便成为多余的了。研究分于的化学键之间作用力表明,带异电性的两原子,在它们距离小到一定程度时,必然发生相互排斥现象。因为,如果不是这样,我们就无法解释分子为什么具有稳定结构。同样,带同性电、自旋相反的两原子距离在一定限度时也发生吸引现象。由此可见,场的涡旋性质并不总是被“正”与“负”电荷先验属性所规定的,而自旋的选择是微观粒子相互结合的决定性的条件。

 

电场作用原理

 

物体相对环境带正电荷或带负电荷是相对的概念,所有旋涡体都在不断地与外界空间发生物质交换,旋涡体不断地向空间抛射以惯性的方式运动的质点,对空间施有压强p(沿电力线的切线方向,与电场强度E的指向相同)。

不同质量旋涡体散失质量的速率不同,对空间产生的压强也不同。

在现实势能场中,电子也是一个小旋涡体,它是能被人类用仪器观察到运动痕迹的最小粒子。电子在势能场中散失质量的速率最小,所以,电子带相对的负电荷。而其他各类原子相对空间环境都显正电性。

1表明,在静电场的物质交换中,带正电的球体以本振频率f向外抛射的惯性质点瞬时速度等于光速C,外抛物质流互相碰撞激发,质点速度迅速减小,使质点的平均运动速度V<<C沿电子线向空间压强小的方向传递,其群速度近似等于C.电场作用原理和磁场作用原理
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电场作用原理和磁场作用原理

                             图1  静电场电力线示意图

 

 1c)中,带异号电荷的球体在点外空间施压强p大小不等(质点受阻力平均速度v不同)。愈靠近带负电荷球体,其压强p愈大,电力线走的路愈短。在点外空间电力线所走的路程愈长,对空间施压愈小。图1b)表明,空间中小的旋涡体在反冲力作用下总是逆电力线方向“爬动”,且电场强度E越大,爬动速度愈快。由于场的“对称破损”,使在不同方向上侵入带电球体的物质量不同,而形成反冲力作用。当带电球体开始以速度v运动时(吸引),带负电荷球体喷射物质抵消了正电力线上的压强p,在点外空间侵入带电荷球体或抛射物质初始瞬时运动速度与光速C叠加为C+VC-V,使互相靠近的带电球体所受反冲力增大。所以,在静电场中以反冲力为主导的合作用力大小应由库仑定律表示。

   因此,各类原子都在自己的小黄道外围吸引一个或多个电子。这些电子的自旋方向与原子的自旋方向相反,在与原子小黄道面交角不大的平面上绕原子逆向公转,使原子成为不带电的中性体。电子又以电子团组成稳定的多粒子的集合体,它们充满于某些晶体的空穴通道中构成半导体。电子团把金属微晶体“粘接”在一起,构成了自由电子的导体。如果物体表面失去电子或得到多余电子,使带电体互相吸引或排斥,便表现为静电场的作用。

电场作用原理所描述的带正负电荷的物质运动形式,使我们又回到了讨论物理学中时间与空间相对性的所有最困难的理论问题。这些问题概括起来还是,一个粒子进入物体后是被物体全部带走,还是部分带走,或是全部不带走,或是物体外抛质点的瞬时速度是否与物体的运动速度以矢量相加。这些问题只有当我们对电动力学的主要理论进行充分论证后方可回答。

 

  磁场作用原理

电场作用原理和磁场作用原理

                                      图2  磁场作用原理图

费尔巴赫曾大声说:"磁铁有灵魂吗!...."事实上,所有的旋涡体都是一个“磁偶极子”。旋涡体在垂直于小黄道面方向上与环境发生物质交换,使在这个方向上沿磁力线或逆磁力线方向运动的物质微粒,不但有自旋角动量“左”或“右”的自旋取向,而且还沿磁力线方向或反方向做惯性运动。我们称这些物质微粒是“磁微子”,它们的特点是其动量矩 L与磁力线方向指向相同。铁磁类原子有最强的“磁微子”辐射,顺磁类原子次之,逆磁类原子最差。

 2磁场作用原理中,在异名磁极间,按同向自旋(左或右),沿磁力线和逆磁力线向反方向运动的力线和逆磁力线向相反方向运动的“磁微子”有相反的自旋,它们之间因弱侧向吸引而互相“粘连”造成磁阻增大。因此,按反冲力作用原理,磁极间的相互吸引或排斥现象仍自旋“磁微子”之间由于弱侧向排斥而容易通过,造成磁阻减小。而在同名磁极间,沿磁然是表现为受反冲力不对称的结果。

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