首先,我先發明一個 詞 “電磁交感”, 電磁交感 指 麥克斯韋 電磁理論 的 “變化的電場 產生 變化的磁場, 變化的磁場 產生 變化的電場” 這個 現象 。
查了一下, 沒找到 描述 這個現象 的 詞, 只好 發明 一個 了 。
光 是不是 電磁波, 電磁波 是不是 光 ?
如果 是, 那么 兩者 僅僅 是 頻率 的 差別, 那么, 從 百度百科 的 “電磁波” 詞條 https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E6%B3%A2/102449?fr=aladdin 可以看到 :
微波 的 波長 為 0.1 毫米 ~ 1 米, 超遠紅外 的 波長 為 15 微米 ~ 1 毫米,
也就是說, 微波 和 超遠紅外 有一段 波長(頻率) 是 重疊 的, 就是 0.1 毫米 ~ 1 毫米 這段,
那么, 在 0.1 毫米 ~ 1 毫米 的 這個 波段 內, 超遠紅外 和 微波 的 波長(頻率) 是 相等 的, 是不是 超遠紅外 就是 微波 了 ?
或者, 微波 就是 超遠紅外 了 ?
可能 沒人 會 這么 認為 。
套用 那個 “這輩子都不可能” 的 梗, 超遠紅外 這輩子 是 成不了 微波, 微波 這輩子 也 成不了 超遠紅外 。
微波 是 通過 電磁交感 產生, 光子 是 電子 躍遷 發出, 很明顯 這是 2 個 不同 的 體系 , 所以 電磁波 和 光 怎么會是 同一事物 呢 ?
光 和 電磁波 分別屬於 2 個 能量系統,
光 屬於 熱能系統, 是 熱能系統 的 輻射, 電磁波 屬於 電磁系統, 是 電磁系統 的 輻射 。
這樣來看的話, 電子 的 能級 也 屬於 熱能 系統, 這樣大概也有道理, 因為 電子 能級 表示 電子 的 “活躍” 程度,
但 畢竟 電子能級 是 量子能量, 所以 和 分子級 的 熱能 (分子 無規則 運動) 是否 相同, 以及 本質 上 統一, 這個還 有待 討論 。
電磁交感 輻射 出 電磁波, 就好像 電子 躍遷 發出 光子, 化學反應 會 發光, 核反應 會 釋放 出 光子, 這是 能量系統 的 規則, 或者說 規律 。
宇宙間 最基礎 的 能量 和 信息 傳遞 的 形式 有 2 種 : 1 量子間作用(力作用) , 2 輻射 。
可以這么看, 量子間作用 是 微觀 的, 遵循 微觀規則, 或者說 量子規則 ; 輻射 是 宏觀 的 , 遵循 宏觀規則, 或者說 運動學 理論 。
按照 我在 《我對 相對論 提出了一個 修正,名為 “K氏修正”》 https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11238702.html 中 的 推理 ,
量子間作用(力作用) 的 傳遞速度 恆為 光速 C , 與 量子 的 運動速度 無關 。
輻射 (光 電磁波) 的 傳播速度 相對於 輻射源(光源 電磁波源) 恆為 光速 C , 與 輻射源 的 運動速度 有關 。
傳統認為 電場 是 通過 光子 傳遞 的, 其實不是 。
電場 就是 電荷(電子 質子) 之間 的 相互作用力, 是 量子間作用 , 不需要 額外 的 第三方 量子 來 傳遞 。
所以, 電場 是 量子間作用 , 引力 是 量子間作用 , 強作用力 是 量子間作用, 弱作用力 是 量子間作用, 量子糾纏 是 量子間作用 , 磁場 雖然 沒有 “磁荷” , 但也是 量子層面 的 作用 。
摩擦力 是 量子間作用 , 支持力 是 量子間作用 。
關於 摩擦力 和 支持力, 下文 還會 討論 。
要 判斷 電磁波 是不是 和 光 一樣 具有 “粒子性”, 或者說 光 是不是 電磁波, 可以從幾方面來看:
1 據說 光 有 “光壓”, 那 電磁波 有沒有 “波壓” ?
2 光可以 產生 光電效應, 電磁波 能不能 產生 光電效應 ? 據 網友 說, 電磁波 不會 產生 光電效應,
光電效應 發生 與否 和 光 的 頻率 有關, 電磁波 在 導體 上 產生 的 感應電流 的 強弱 和 電磁波 的 “振幅” 有關, 和 頻率 無關,
3 光 有 光學效應, 白光 通過 三棱鏡 可以 分頻 得到 七色光, 電磁波 能否 被 三棱鏡 分頻 ? 微波 的 波長 為 0.1 毫米 ~ 1 米, 超遠紅外 的 波長 為 15 微米 ~ 1 毫米, (見 百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E6%B3%A2/102449?fr=aladdin) ,
也就是說, 微波 和 超遠紅外 有一段 波長(頻率) 是 重疊 的, 就是 0.1 毫米 ~ 1 毫米 這段, 那么 這個 波段 內的 微波 是否 能 通過 三棱鏡 折射 分頻 為 若干個 頻率 的 電磁波 ?
在 電子電路 中, 電磁波(交變電流) 可以通過 電磁振盪電路(LC 電路) 分頻 為 n 個 頻率 的 電磁波(交變電流), n 可趨於 無窮, 就是說 通過 LC 分頻 的 結果 不是 固定 的, 這跟 光 通過 三棱鏡 分頻 得到 確定 的 光譜 是 不一樣 的, 白光 的 光譜 是 由 白光 自身 決定 的, 也可以說是 由 光源 決定 的, 白光 中 包含 各種 頻率 的 光子 的 成分 是 確定 的 。 白光 的 光譜 是 確定 的 。
4 高頻 電磁波 會 對 物體 造成 熱效應(比如 微波爐) 以及 對 生物體 造成 輻射傷害, 這一點 又 和 光 與 高能粒子 相似, 光 比如 X 射線 伽馬射線, 高能粒子 比如 高能質子 高能電子 。 這又是 “粒子性” 還是? 這又是 蝦米 回事 ?
低頻 電磁波 增大 振幅 不會 產生 同等 的 效應 。
從 這里 又 回到 第 2 點 光電效應, 高頻電磁波 是否 會 產生 光電效應(波電效應) ? 為了 和 電磁波 在 介質 上 產生 的 感應電流 區分開來, 可以用 絕緣體 或者 半導體 做 實驗 。
按照 麥克斯韋 電磁理論, 一個 電子 圍繞 質子 作 勻速圓周運動, 會 向外 輻射出 電磁波, 最后 能量 耗盡, 電子 會 掉落 到 質子 上 。
這個問題出現在 二十世紀初,也由此 催生 了 量子力學 。
但是, 勻速圓周運動 的 電子 相當於 一個 沒有電阻 的 環形 導線 中的 電流, 永遠 的 流動下去, 這個電流 是 直流電,不會產生 變化 的 磁場, 所以 不會 輻射出 電磁波 。
如果 勻速圓周運動 的 電子 等價於 沒有電阻 的 環形 導線 中的 電流, 是不是 也像 后者 一樣 不會 輻射出 電磁波, 而 永遠 勻速圓周運動 ?
這個 問題 可能 出在 :
環形 導線 的 電阻 為 0, 所以 導線 中 的 電勢 均等, 盡管 電流 在 流動, 但 導線 中 每一點 的 電勢 不發生 變化, 也就是 電場 不發生 變化, 所以 不會 產生 變化 的 磁場, 不會 輻射出 電磁波 。
但 圍繞 質子 勻速圓周運動 的 電子 和 質子 之間 存在 電勢, 電子 圓周運動 位置改變,周圍空間 的 電勢 也會 隨之改變, 這就是 變化 的 電場, 隨之產生 變化 的 磁場, 所以 會 輻射出 電磁波 。
位移電流 的 “位移” 可能是 “電位移動”, 電位 就是 電勢, 就是 空間 的 電勢 變化, 空間 的 電勢變化 就是 變化 的 電場 , 隨之產生 變化 的 磁場, 所以 會 輻射出 電磁波 。
麥克斯韋 的 位移電流 就是 “渦旋電場”, 就是一個 變化的 電場 。
麥克斯韋 之前 的 電磁理論 可能是 從 電路 中 總結出來的, 所以 大概 用 “電流的變化” 來 表示 電流變化 會 產生 變化的 磁場 進而 產生 感生電動勢,
所以, 麥克斯韋 方程 也 沿用 電流 來 描述 電場 的 變化,
但是 對於 變化 的 磁場 在 空間 產生 變化 的 電場 的 部分, 已經 沒有了 電路, 所以 就用了一個 “虛擬” 的 電流 位移電流 來 表示 電場,
如上所說,這個 位移電流 表示 的 是 變化 的 電場, 但是 以 電流 的 概念 代入 公式 。
顯然, 位移電流 作為 一個 虛擬電流, 和 正常 電流 的 區別 是, 位移電流 只有 磁效應, 沒有其它效應,比如 熱效應 。
位移電流 本質上 表示一個 變化 的 電場 。
但是, 電磁場 在 空間 的 交替 真的 就是 電磁波 嗎?
如果 電磁波 是 電磁場 在 空間 的 交替, 那么 電磁波 在 傳播過程 中 會對 周圍 的 事物 有 磁擾動,
比如 把 指南針 放到 電磁波 環境 里, 指南針 會 受到 磁擾動, 但 實際上 是 ?
劉武青 老師 有興趣的話, 可以 做做 這個 實驗 。 哈哈哈 。
沒有 任何 的 理由 表明, 電磁交感 會 讓 電場 和 磁場 向 遠方(Remote)傳播 , 所以, 電磁交感 的 “變化的電場” 和 “變化的磁場” 都是在 本地(Local),
既然在本地, 那么 “變化的電場” 和 “變化的磁場” 就不是 電磁波, 只是 感抗 現象 。
其實 我 懷疑 麥克斯韋方程 的 實用性, 呵呵呵 。
三維向量 加上 微積分 , 這是 很復雜 的, 雖然 麥克斯韋 先生 已經 把 方程 搞 的 很 “簡潔” 了, 但是 簡潔 的 方程 蘊含 着 一觸即發 的 復雜性 。
感覺 好像 鞭炮 ……
那 麥克斯韋方程 計算出 的 電磁波 速度 等於 光速 是 怎么回事 ?
麥克斯韋方程 推導出 的 電磁波 速度 的 計算公式 是 速度 = 1 / 開方( 介電常數 * 磁導率) ,
從 介電常數 和 磁導率 的 定義 來看, 這個 公式 計算得到 的 結果 可以認為 是 電磁場 在 介質(包括 真空) 中 傳播 的 速度 。
當然, 這個 速度 還 包含 電場 將 電子 加速 運動 形成 電流效應 的 時間, 算上這個 時間 的 話, 理論上, 麥克斯韋方程 計算得到 的 電磁波速度 會 略小於 光速 。
所以 這個 速度 代表 的 是 電磁場 的 傳播速度, 上文說過, 場 的 傳遞速度 和 輻射 的 傳播速度 相等 , 都是 光速 C 。
但是 輻射 的 傳播速度 光速 C 是 相對於 光源 的 。
所以, 麥克斯韋方程 計算出 “電磁波 速度”(實際上是 電磁場 速度) 等於 光速 , 這不代表 電磁波 是 變化的 電場 磁場 交替 向 遠處 傳播 。
電磁波 是 電磁場 產生 的 輻射 , 電磁波 不是 電磁場 。
既然 是 輻射, 就可以 按照 輻射 的 模型 來 建立 公式 , 也就是說 可以 拋開 麥克斯韋方程 。
在 百度百科 的 “電磁波” 詞條 中,可以看到 電磁波 具有 波粒二相性, 所以 可以 按照 波 和 粒子 的 概念 來 建模 和 建立公式 。
既然 是 波粒二相性, 能不能 照搬 光 的 模型 呢 ,比如 光子波動, 好像有一點問題,
電磁波 除了 “波” 、“粒” 以外, 比 光 還多一項 特性, 就是 “場” ,
比如 在 電磁波 里 放 一段 閉合導線, 在 導線 中 會 產生 感應電動勢 和 感應電流, 就 好比 導線 處於 一個 變化 的 磁場 中, 也可以認為 電磁波 把 波源 處 的 變化的磁場 的 “信息” 傳遞 過來了 。
這個 場 的 效應, 用 光子波動 的 模型 還不能 描述 。 對於 光 來說, 電子 吸收 光子 獲得 能量, 但是 對於 電磁波 中 的 導線 來說 , 產生 感應電流 的 效應 似乎 不是 電子 的 “個體效應” , 而像是 “群體效應” , 假設 電子 是 羊 的 話, 就像 一群羊 被 牧羊人 趕起來了 。
對於 個體效應, 可以用 粒子性 來 描述, 就像 電子 吸收 光子 獲得 能量, 但是 對於 群體 效應, 就 要用 場 來描述 。
但是, 站在 量子力學 的 角度, 微觀的 基礎的 能量交換 和 信息傳遞 都是 量子化的 離散的, 如果 這樣的話, 那么也可以用 粒子性 來 描述 電磁波 對 導線 產生 的 感應電動勢 和 感應電流 。
但如果這樣的話, 磁場 對 運動的導線(運動的電荷) 造成的 洛倫茲 力 也可以用 粒子性 來解釋, 各位覺得如何 ? 嘿嘿嘿 。
認清 電磁波 的 性質 , 拋開 麥克斯韋方程 為 電磁波 建模 和 建立公式 , 這樣就簡單了 。
波 和 粒子 以及 場 是 高級 的 概念, 電場 磁場 是 底層 的 概念 。 基於 高級概念 建模 容易, 基於 底層概念 建模 復雜 。
麥克斯韋方程 基於 電場 磁場 建模, 電場 磁場 是 底層概念, 所以 麥克斯韋方程 復雜 。
新的 電磁波 公式 基於 波 粒子 場 建模, 波 粒子 場 是 高級概念 , 所以 新的 電磁波 公式 簡單 , 只要用 加減乘除 就可以了 。 好吧, 再加上 乘方開方, 加上 三角函數 也可以 。
這在 軟件技術 里 , 叫 “抽象” 。
這就好比 傅里葉 變換 把 時域信號 轉換成 頻域信號, 描述 時域信號 復雜, 描述 頻域信號 就 簡單多了 。
因為 頻域信號 是 比 時域信號 更高級 的 抽象 。
描述 波 很簡單 , 波速 = 波長 * 頻率 , 振幅 什么的,
描述 粒子 很簡單 , F = ma , E = hν ,
描述 場 很簡單 , 跟 法拉第電磁感應定律 差不多 嘛, 其實 還可以 更簡單, 可以認為 電磁波 中 的 導體 產生 的 感應電動勢 的 波形 和 電磁波 波形 一致, 感應電動勢 就是 電磁波 的 能量, 感應電流 就是 感應電動勢 除以 導體阻尼(電阻 感抗) 即可 。
所以 , 電磁波 又是 波 , 又是 粒子 , 又是 場 , 這算是 “波 粒 場 三相性” ?
以 宏觀 的 觀念, 要想象一個 事物 又是 波 , 又是 粒子 , 又是 場 , 好像沒法想象 。
但是, 我在 《我對 量子力學 提出了一個 修正,名為 “K氏修正”》 https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11247278.html 中 提出 ,
應該 以 “設定” 的 觀念 來 看待 基本粒子(量子), 而不是 試圖 用 宏觀模型 去給 基本粒子(量子) 建模 。
所以, 我們可以把 電磁波 看作是 一組 設定 , 或者 一組 規則 , 或者 傳達着 一些信息 。
由上, 可以推測, 麥克斯韋方程 描述 的 是 感抗 和 自感 , 不是 電磁波 。
關於這一點, 我們可以做 實驗 來 驗證, 比如, 放置一個 電磁波源 , 在 距 波源 距離 為 L 的 地方 放置 一個 閉合電路, 電路 可以是 一段 環形導線 , 也可以是一個 閉合線圈 , 然后 實驗測量 電磁波 在 電路 中 產生 的 感應電流 的 大小, 和 麥克斯韋方程 計算出 的 電路 所在位置 的 電場強度 和 感應電流 比較一下, 看是否 吻合 。
劉武青 老師 有興趣的話, 可以做做這個 實驗 。
不過 麥克斯韋方程 應該 不好解, 可能要用 計算機 數值分析 來 求解 。
我們可以做出一個 假設, 電磁波 是 感抗 / 自感 效應 產生 的 。 具體的說, 就是 一個 通電 電路 , 發生 感抗 / 自感 時 , 會從 感抗 發生處 輻射 出 電磁波 。
從這個假設, 我們可以 進一步 推想 , 位移電流(渦旋電場) 是 不存在 的, 脫離 通電 電路 的 磁場 即使 是 變化 的 也 不會 產生 電場, 即 不會產生 渦旋電場 , 更不會 輻射 出 電磁波 ; 而 脫離 了 電路 的 電場, 即使是 變化的, 也不會 產生 磁場 , 更不會 輻射出 電磁波 。
脫離 通電電路 的 磁場 比如 永久磁鐵, 拿 2 塊 條形永久 磁鐵 A 、B , A 的 N 級 和 B 的 S 級 相對, 然后 讓 A 和 B 離遠 又 靠近, 周而復始, 這樣 A 的 N 級 和 B 的 S 級 之間 的 磁場 發生 周期性 的 變化 , 這樣 會不會 產生 電場, 會不會 輻射 出 電磁波 ?
脫離了 電路 的 電場, 比如 靜電場, 讓 2 個 電荷 之間 的 距離 忽遠忽近, 周而復始, 這樣 2 個 電荷 之間 的 電場 發生 周期性 的 變化 , 這樣 會不會 產生 磁場, 會不會 輻射 出 電磁波 ?
脫離了 電路 的 電場 還 包含 有 自由電荷 的 情況, 在 一個 靜電場 中 , 有一些 自由電荷 在 電場作用 下 運動, 會不會 產生 磁場, 會不會 輻射 出 電磁波 ?
對於 沒有 電場 的 情況下, 導體外 有 自由電荷 運動 的 情況 , 會不會 產生 磁場 ? 比如 一束經過 加速 的 電子束, 會不會 像 導線 中的 電流 一樣 在 周圍 產生 磁場 ? 在 網上 搜索 了 一下, 沒有 看到 很明確 的 答案 。 這個問題 想 請教 一下 劉武青 老師 。 ^^
網上 查了 一下, 現在 對於 磁 的 起源 和 本質 仍 處於 眾說紛紜 的 階段, So ……
地磁 的 起源 也 還是 眾說紛紜 ,
如果 認為 磁場 是 電荷 運動 的 結果 , 那會 帶來 一個 問題, 參照系 問題 。
就是說 電荷 對於 不同 參照系 的 速度 不同, 則 對 不同 參照系 產生 的 磁場 也不同 。
比如, 我們 在 桌子 上空 放一個 電子, 這個 電子 相對於 地球 是 靜止 的, 所以 相對於 地球, 電子 不產生 磁場(電子 自旋 磁場 這一類 先 忽略不計),
但是, 由於 地球 相對於 太陽 公轉, 所以 電子 相對於 太陽 是 運動 的, 所以 相對於 太陽, 電子 產生 磁場, 但是 我們 地球 上的 人 感受不到 這個 磁場 ……
還有, 對於 一束 高速電子 A, 我們 在 它們 經過 的 路 上 的 旁邊 放 一大堆 電子 B, 那么 A 經過 B 附近 時, A 相對 B 高速運動, 也就是 B 相對 A 高速運動, 那么 B 應該 會 對 A 產生 磁場 , 這個 磁場 會 對 A 產生 洛倫茲 力 , 是這樣嗎 ?
對於 通電 的 一根 導線 , 電流 流過 導線, 產生 環繞 導線 的 磁場, 如果 觀察者 沿 導線電流方向 以 電流電子 同樣的 速度 向前 飛行, 是不是 對 觀察者 來說, 導線電流 產生 的 磁場 為 0 ?
我懷疑 通電導線 產生 磁場 和 導體 有關, 導體外 的 自由電荷, 比如 真空中的電子 的 運動 不見得 會 產生 磁場 。
結論: 原來以為 把 相對論 和 量子力學 修正 完 就 萬事大吉 了, 現在 才 發現 電磁學 是個 大坑, 還 欠 着 很多 功課 哪 !
再說說 摩擦力 和 支持力 。
我在 《談談 現代物理學》 https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/9863498.html 中提出過 摩擦力 和 支持力 不是 電磁力, 而是 量子糾纏 。
這個 量子糾纏 是 一個 廣義 的 概念, 泛指 量子間 的 作用 。
摩擦力 是 量子間 作用, 支持力 起源於 分子間 斥力, 分子間 引力 和 斥力 都是 量子間 作用,
量子間 引力 是 一種 “相依性” , 量子間 斥力 是 一種 “不相容性” , 萬事萬物 相依 又 不相容, 這是 普遍規律 。
黑洞 是否 存在 取決於 中子 的 支持力 是否 能夠 抵抗引力, 在 百度百科 “黑洞” 詞條 https://baike.baidu.com/item/%E9%BB%91%E6%B4%9E/10952?fr=aladdin 里 看到
“
1928年,薩拉瑪尼安·錢德拉塞卡(天體物理學家)到英國劍橋跟英國天文學家阿瑟·愛丁頓爵士(一位宣講相對論的物理家)學習。錢德拉塞卡意識到,泡利不相容原理所能提供的排斥力有一個極限。恆星中的粒子的最大速度差被相對論限制為光速。這意味着,恆星變得足夠緊致之時,由不相容原理引起的排斥力就會比引力的作用小。錢德拉塞卡計算出;一個大約為太陽質量一倍半的冷的恆星不能支持自身以抵抗自己的引力。(這質量稱為錢德拉塞卡極限)前蘇聯科學家列夫·達維多維奇·蘭道幾乎在同時也發現了類似的結論。
”
但是 為什么 光速限制 會 導致 排斥力 比 引力 小, 沒 找到 具體 的 說明 。 事實上 當 “距離” 無限小 時, 中子 的 斥力 可以 無窮大 , 這是 可能 的,
另一方面, 如果 中子 的 斥力 不足以 抵抗 引力, 那 中子 被 “擠爆” 之后 的 物質 是否能夠 抵抗 引力 ?
沒有 理由 表明 中子 被 “擠爆” 之后 的 物質 能夠 抵抗 引力, 那么 黑洞 最終會 “坍縮” 到 無窮小 的 一點 。
So ?
即使 坍縮 到 無窮小 的 一個點, 也只是 在 一個 有限 的 距離 范圍 內 引力 很大, 但是 引力 再 大, 也只是個 力 而已, 不會 把 時空 “弄彎” 的 。
另外, 引力 是否 對 光子 有 作用, 是否 能夠 約束 光子, 這也是 存疑 的 。
總之一句話, 引力 就是個 力, 別想的 太玄乎 。