引力定律和庫(kù)侖定律的聯(lián)系

第五十三章：關(guān)于引力定律和庫(kù)倫定律的討論——靈遁者要討論題目中的問(wèn)題，先來(lái)了解磁性，電性等知識(shí)。我們諸多的疑問(wèn)中，其中最想知道的一個(gè)就是物體為什么具有磁性？電磁理論，發(fā)展的非常完善了?？墒钱?dāng)我問(wèn)物體為什么具有磁性，你怎么回答？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題，并不簡(jiǎn)單。對(duì)于很多現(xiàn)象的本質(zhì)問(wèn)題，都不好回答。但我們的前輩們很聰明，他們通過(guò)不斷的研究，提出假說(shuō)，來(lái)解釋物體為什么具有磁性。尤其是麥克斯韋，被譽(yù)為是電磁學(xué)理論的集大成者！各位，首先一定要清楚，任何電磁方面的問(wèn)題，離不開(kāi)電荷。電荷概念是一切電磁學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。所以這個(gè)概念的重要性，就不言而喻了。在電磁學(xué)里，電荷是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)。稱帶有電荷的物質(zhì)為“帶電物質(zhì)”。兩個(gè)帶電物質(zhì)之間會(huì)互相施加作用力于對(duì)方，也會(huì)感受到對(duì)方施加的作用力，所涉及的作用力遵守庫(kù)侖定律。電荷是許多次原子粒子所擁有的一種基本守恒性質(zhì)。稱帶有電荷的粒子為“帶電粒子”。電荷決定了帶電粒子在電磁方面的物理行為。靜止的帶電粒子會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，移動(dòng)中的帶電粒子會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，帶電粒子也會(huì)被電磁場(chǎng)所影響。一個(gè)帶電粒子與電磁場(chǎng)之間的相互作用稱為電磁力或電磁相互作用。這是四種基本相互作用中的一種。那什么是次原粒子？次原子粒子指結(jié)構(gòu)比原子更小的粒子。其中包括原子的組成部分如電子、質(zhì)子和中子（質(zhì)子和中子本身又是由夸克所組成的粒子）和放射和散射所造成的粒子如光子、中微子和渺子，以及許多其它奇特的粒子?？偟膩?lái)說(shuō)，次原子粒子可能是電子、中子、質(zhì)子、介子、夸克、膠子、光子等等。也就是說(shuō)，這些粒子都帶有電荷，電荷是一種性質(zhì)。電荷不是粒子。構(gòu)成物質(zhì)的基本單元是原子，原子由電子和原子核構(gòu)成，核又由質(zhì)子和中子構(gòu)成，電子帶負(fù)電，質(zhì)子帶正電，是正、負(fù)電荷的基本單元，中子不帶電。所謂物體不帶電就是電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等，物體帶電則是這種平衡的破壞。在自然界中不存在脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在的電荷。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，不管發(fā)生了什么變化，電子、質(zhì)子的總數(shù)不變，只是組合方式或所在位置有所變化，因而電荷必定守恒。而且每種粒子都具有確定的電荷。實(shí)驗(yàn)表明，已發(fā)現(xiàn)的各種粒子的電荷都是質(zhì)子電荷e的整數(shù)倍,這個(gè)規(guī)律稱為電荷量子化。所以各位，看似上面的這幾百字的介紹不多，其實(shí)內(nèi)涵已經(jīng)很深了。就像我說(shuō)的，想到電磁學(xué)現(xiàn)象，要想到電荷。想到了電荷之后，再去思考電和磁的相互依存關(guān)系。所以再介紹一下電和磁的定義。1、電場(chǎng)：電場(chǎng)存在于帶電體周?chē)膫鬟f電荷之間相互作用的特殊媒介物質(zhì)。電荷間的作用總是通過(guò)電場(chǎng)進(jìn)行的。只要電荷存在，它周?chē)痛嬖陔妶?chǎng)，電場(chǎng)是客觀存在的，它具有力和能的特性。2、磁場(chǎng)：磁場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)，磁場(chǎng)不是由原子或分子組成的，但磁場(chǎng)是客觀存在的。磁場(chǎng)具有波粒的輻射特性。磁體周?chē)嬖诖艌?chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的，所以兩磁體不用接觸就能發(fā)生作用。電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周?chē)臻g存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。3、電磁場(chǎng)：在電磁學(xué)里，電磁場(chǎng)是一種由帶電物體產(chǎn)生的一種物理場(chǎng)。處于電磁場(chǎng)的帶電物體會(huì)感受到電磁場(chǎng)的作用力。電磁場(chǎng)與帶電物體（電荷或電流）之間的相互作用可以用麥克斯韋方程和洛倫茲力定律來(lái)描述。電磁場(chǎng)是有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體的總稱。隨時(shí)間變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，兩者互為因果，形成電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)可由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起，也可由強(qiáng)弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場(chǎng)總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒介，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)的一種存在形式。電磁場(chǎng)的性質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。4、電磁波：電磁波，是由同相且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性。電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見(jiàn)麥克斯韋方程組。所以物體為何具有磁性，其實(shí)可以轉(zhuǎn)化為物體為什么帶電？而物體為什么帶電，其實(shí)上面說(shuō)的很清楚了。電場(chǎng)存在于帶電體周?chē)膫鬟f電荷之間相互作用的特殊媒介物質(zhì)。任何物體都是由粒子構(gòu)成，而任何粒子都攜帶電荷。所以理論上而言，任何物體都帶電。任何物體周?chē)即嬖陔妶?chǎng)。只是說(shuō)有的粒子或物體，所攜帶正負(fù)電荷相等的時(shí)候，顯示電中性，也就是不會(huì)顯示出電場(chǎng)。場(chǎng)是一種能量狀態(tài)的存在方式。磁場(chǎng)的存在是依靠磁能，電場(chǎng)則依靠電能。看看上面的定義，就知道了，電場(chǎng)是具有通常物質(zhì)所具有的力和能量等客觀屬性。所以電場(chǎng)，磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)都是物質(zhì)場(chǎng)。只是說(shuō)這種物質(zhì)場(chǎng)比較特殊，不是我們常見(jiàn)的分子，原子所構(gòu)成的。因?yàn)闆](méi)有一個(gè)教課書(shū)中，這樣教我們的。說(shuō)場(chǎng)是由什么粒子構(gòu)成的。但電場(chǎng)和磁場(chǎng)是一種客觀存在，是一種物質(zhì)場(chǎng)，能量場(chǎng)。處于電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的帶電物體，就是通過(guò)場(chǎng)來(lái)互相作用的。而且電場(chǎng)和磁場(chǎng)就好像一個(gè)硬幣兩個(gè)面，即有電場(chǎng)必有磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)必有電場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一點(diǎn)已毫無(wú)疑問(wèn)。即——有電場(chǎng)一定有磁場(chǎng)。綜上所述，有電場(chǎng)必然有磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)必然有電場(chǎng)，二者相互依存，不可分割。兩者的相同點(diǎn)：電場(chǎng)和磁場(chǎng)均為矢量場(chǎng)，即都具有大小和方向。兩者的不同點(diǎn)：電場(chǎng)為有源場(chǎng)，即散度不為零，磁場(chǎng)為無(wú)源場(chǎng)，散度為零。電場(chǎng)有源性的推理：存在點(diǎn)電荷，即單極電場(chǎng)（正電場(chǎng)和負(fù)電場(chǎng)）。磁場(chǎng)無(wú)源性的推論：不存在磁荷，即沒(méi)有單極磁子。有一個(gè)很顯著的問(wèn)題，困擾著物理學(xué)家。我也曾多次思考此問(wèn)題，一直沒(méi)有思路。今天試著大膽給出一個(gè)答案。大家都知道引力定律和庫(kù)倫定律，驚人的相似。我曾多次在我的科普書(shū)籍中表述，這絕非偶然，一定有深層內(nèi)涵和聯(lián)系。通過(guò)查找和閱讀一些資料，我發(fā)現(xiàn)不僅它們?cè)诠叫问缴舷嗨疲碚搩?nèi)容也相似。所以我不得不將這些想法羅列出來(lái)，告訴大家，這也是我，為什么寫(xiě)這些字的原因。牛頓引力定律公式：F=（GXMtXM2）/R2。即任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)有通過(guò)連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)組成和其間介質(zhì)種類(lèi)無(wú)關(guān)。庫(kù)倫定律公式：F=kQ1.Q2/r2。即真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，同名電荷相斥，異名電荷相吸。從形式上看，太驚人的相似了。不過(guò)大家要清楚一點(diǎn)。這個(gè)我在論證電荷理論《相信電荷存在，正是人類(lèi)的明智》的時(shí)候就說(shuō)過(guò)。電荷這個(gè)概念并不明確。不像引力公式用的物質(zhì)M那么明確。因?yàn)殡姾杀欢x為物質(zhì)的性質(zhì)，所有粒子都具有這種性質(zhì)。也就是可以說(shuō)所有粒子都被認(rèn)為是帶電粒子。最難理解是這個(gè)“性質(zhì)”具有量子化。即電荷的多少叫電荷量，即物質(zhì)、原子或電子等所帶的電的量。所以電荷理論一定要有重大修改，至少要明確化。因?yàn)樗须姶努F(xiàn)象都是建立在電荷理論之上，而電荷概念的不明確，就必然導(dǎo)致理論無(wú)法深化以及無(wú)法和其他理論融合。電荷是一種性質(zhì)，會(huì)造成“性質(zhì)”產(chǎn)生各種電磁現(xiàn)象。也就是有無(wú)中生有的嫌疑。所以我在那篇文章說(shuō)，電荷可以試著理解為特殊的能量。但承認(rèn)這一點(diǎn)，就必須承認(rèn)電荷的物質(zhì)性。而承認(rèn)電荷的能量性也好，物質(zhì)性也好，就必須承認(rèn)它的“粒子性”和“量子性”。量子性當(dāng)然是現(xiàn)在的公認(rèn)常識(shí)，可以粒子性，卻沒(méi)有這樣的證據(jù)。哪怕它以一種“膜”的形式附庸在次原粒子身上，也必須要有證明才可行。但我依然相信這種觀點(diǎn)。就是電荷概念，必須存在！但電荷理論必須明確化。所以試著去發(fā)現(xiàn)“電荷粒子”“電荷膜”是我們的任務(wù)。這是可以有的預(yù)言。就像人們預(yù)言引力子一樣，這是很順其自然的，可以想象的。我一直說(shuō)，可以想象，是一個(gè)很重要的事情。認(rèn)認(rèn)真真讀過(guò)我前面章節(jié)的朋友，應(yīng)該有這樣的敏感。那就是提到引力，就要想到慣性。因?yàn)樵诖藭?shū)中，引力是慣性的源泉！也就是慣性的本源是引力。慣性的定義是這樣的：在引力場(chǎng)中，物體總保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性。從慣性定律我們可以看出，慣性是物體運(yùn)動(dòng)的一種抵抗現(xiàn)象。所以從一開(kāi)始就意味著我們對(duì)慣性的研究離不開(kāi)物質(zhì)。離開(kāi)物質(zhì)，我們無(wú)法想象慣性！而物質(zhì)的共有屬性就是引力。所有物質(zhì)都遵從萬(wàn)有引力的束縛。所有物質(zhì)也都具有慣性。更讓我們覺(jué)得不可思議的是——慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量嚴(yán)格相等。再看看慣性定律：在引力場(chǎng)中，物體所受外力為零的時(shí)候，總保持當(dāng)下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)，叫慣性運(yùn)動(dòng)。該定律說(shuō)明，力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，力改變物體狀態(tài)的原因。要改變這樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須付出“力”的代價(jià)。各位在這里要注意了，“保持”和“抵抗變化”是一種守恒的行為。同樣任何物理現(xiàn)象，化學(xué)反應(yīng)，要有變化，必須付出“能量”，所以才會(huì)有如此多的守恒定律。試想一下，不需要付出能量，就能發(fā)生各種物理和化學(xué)“變化”，物理世界會(huì)怎么樣？是你覺(jué)得無(wú)法想象的，所以是不可能的。再回到電磁和磁場(chǎng)上。電磁和磁場(chǎng)就像一枚硬幣的兩面。但我倒認(rèn)為電磁和磁場(chǎng)的這種情況，與引力和慣性的這種情況也十分類(lèi)似。就像上面說(shuō)的，電場(chǎng)為有源場(chǎng)，即散度不為零；磁場(chǎng)為無(wú)源場(chǎng)，散度為零。電場(chǎng)有源性的推理：存在點(diǎn)電荷，即單極電場(chǎng)（正電場(chǎng)和負(fù)電場(chǎng)）。磁場(chǎng)無(wú)源性的推論：不存在磁荷，即沒(méi)有單極磁子。而且大家發(fā)現(xiàn)了沒(méi)有，有電荷的概念，但沒(méi)有磁荷的概念。磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。所以雖然電場(chǎng)和磁場(chǎng)像一枚硬幣兩面，電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)也可以產(chǎn)生電場(chǎng)。看起來(lái)不存在誰(shuí)決定誰(shuí)。但很明顯，電場(chǎng)理論似乎更“重”一些，或者說(shuō)更為根本。畢竟一些電磁學(xué)現(xiàn)象的根源理論是電荷理論！而不是磁荷理論。所以可以大膽猜想，在電磁學(xué)理論中，電場(chǎng)是磁場(chǎng)的源泉！但磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電磁。說(shuō)明他們互為源泉。這是它與引力和慣性理論的不同。因?yàn)閼T性不是引力的源泉！而且電磁力，和引力都是長(zhǎng)程力。兩者在宏觀領(lǐng)域，量子領(lǐng)域都適用。為了加深大家的理解，還是簡(jiǎn)單介紹一下關(guān)于磁場(chǎng)的知識(shí)。雖然很早以前，人類(lèi)就已知道磁石和其奧妙的磁性，最早出現(xiàn)的幾個(gè)學(xué)術(shù)性論述之一，是由法國(guó)學(xué)者皮埃?德馬立克(PierredeMaricourt)于公元1269年寫(xiě)成［notes3］。德馬立克仔細(xì)標(biāo)明了鐵針在塊型磁石附近各個(gè)位置的定向，從這些記號(hào)，又描繪出很多條磁場(chǎng)線。他發(fā)現(xiàn)這些磁場(chǎng)線相會(huì)于磁石的相反兩端位置，就好像地球的經(jīng)線相會(huì)于南極與北極。因此，他稱這兩位置為磁極。幾乎三個(gè)世紀(jì)后，威廉?吉爾伯特主張地球本身就是一個(gè)大磁石，其兩個(gè)磁極分別位于南極與北極。出版于1600年，吉爾伯特的巨著《論磁石》開(kāi)創(chuàng)磁學(xué)為一門(mén)正統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)領(lǐng)域。于1824年，西莫恩?泊松發(fā)展出一種物理模型，比較能夠描述磁場(chǎng)。泊松認(rèn)為磁性是由磁荷產(chǎn)生的，同類(lèi)磁荷相排斥，異類(lèi)磁荷相吸引。他的模型完全類(lèi)比現(xiàn)代靜電模型；磁荷產(chǎn)生磁場(chǎng)，就如同電荷產(chǎn)生電場(chǎng)一般。這理論甚至能夠正確地預(yù)測(cè)儲(chǔ)存于磁場(chǎng)的能量。盡管泊松模型有其成功之處，這模型也有兩點(diǎn)嚴(yán)重瑕疵。第一，磁荷并不存在。將磁鐵切為兩半，并不會(huì)造成兩個(gè)分離的磁極，所得到的兩個(gè)分離的磁鐵，每一個(gè)都有自己的指南極和指北極。第二，這模型不能解釋電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的奇異關(guān)系。于1820年，一系列的革命性發(fā)現(xiàn)，促使開(kāi)啟了現(xiàn)代磁學(xué)理論。首先，丹麥物理學(xué)家漢斯?奧斯特于7月發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線的電流會(huì)施加作用力于磁針，使磁針偏轉(zhuǎn)指向。稍后，于9月，在這新聞抵達(dá)法國(guó)科學(xué)院僅僅一周之后，安德烈?瑪麗?安培成功地做實(shí)驗(yàn)展示出，假若所載電流的流向相同，則兩條平行的載流導(dǎo)線會(huì)互相吸引；否則，假若流向相反，則會(huì)互相排斥。緊接著，法國(guó)物理學(xué)家讓?巴蒂斯特?畢奧和菲利克斯?沙伐于10月共同發(fā)表了畢奧-薩伐爾定律；這定律能夠正確地計(jì)算出在載流導(dǎo)線四周的磁場(chǎng)。1825年，安培又發(fā)表了安培定律。這定律也能夠描述載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)。更重要的，這定律幫助建立整個(gè)電磁理論的基礎(chǔ)。于1831年，麥可?法拉第證實(shí)，隨著時(shí)間演進(jìn)而變化的磁場(chǎng)會(huì)生成電場(chǎng)。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示出電與磁之間更密切的關(guān)系。從1861年到1865之間，詹姆斯?麥克斯韋將經(jīng)典電學(xué)和磁學(xué)雜亂無(wú)章的方程加以整合，發(fā)展成功麥克斯韋方程組。最先發(fā)表于他的1861年論文《論物理力線》，這方程組能夠解釋經(jīng)典電學(xué)和磁學(xué)的各種現(xiàn)象。在論文里，他提出了“分子渦流模型”，并成功地將安培定律加以延伸，增加入了一個(gè)有關(guān)于位移電流的項(xiàng)目，稱為“麥克斯韋修正項(xiàng)目”。由于分子渦包具有彈性，這模型可以描述電磁波的物理行為。因此，麥克斯韋推導(dǎo)出電磁波方程。他又計(jì)算出電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)這數(shù)值與光速非常接近。警覺(jué)的麥克斯韋立刻斷定光波就是一種電磁波。后來(lái)，于1887年，海因里希?魯?shù)婪?赫茲做實(shí)驗(yàn)證明了這事實(shí)。麥克斯韋統(tǒng)一了電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)理論。雖然有了極具功能的麥克斯韋方程組，經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)基本上已經(jīng)完備，在理論方面，二十世紀(jì)帶來(lái)了更多的改良與延伸。阿爾伯特?愛(ài)因斯坦，于1905年，在他的論文里表明，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是處于不同參考系的觀察者所觀察到的同樣現(xiàn)象。后來(lái)，電動(dòng)力學(xué)又與量子力學(xué)合并為量子電動(dòng)力學(xué)。1820年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)在通電的導(dǎo)體周?chē)嬖谥艌?chǎng)，從而知道

了電和磁相互依存的關(guān)系。由導(dǎo)體中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的極性和電流的流動(dòng)方向

有關(guān)，它服從右手法則。目前的研究，人們認(rèn)為磁場(chǎng)的產(chǎn)生是這樣的。由于經(jīng)典物理中至今還拒絕使用基本粒子的概念來(lái)研究磁場(chǎng)問(wèn)題，使電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)都將產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因定義為點(diǎn)電荷的定向運(yùn)動(dòng)，并將磁鐵的成因解釋為磁疇。這就是我為什么說(shuō)，要將電荷理論明現(xiàn)代物理證明，任何物質(zhì)的終極結(jié)構(gòu)組成都是電子（帶單位負(fù)電荷），質(zhì)子（帶單位正電荷）和中子（對(duì)外顯示電中性）。點(diǎn)電荷就是含有過(guò)剩電子（帶單位負(fù)電荷）或質(zhì)子（帶單位正電荷）的物質(zhì)點(diǎn)，因此電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因只能歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生磁場(chǎng)。一個(gè)靜止的電子具有靜止電子質(zhì)量和單位負(fù)電荷，因此對(duì)外產(chǎn)生引力和單位負(fù)電場(chǎng)力作用。當(dāng)外力對(duì)靜止電子加速并使之運(yùn)動(dòng)時(shí)，該外力不但要為電子的整體運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)能，還要為運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供磁能。可見(jiàn)，磁場(chǎng)是外力通過(guò)能量轉(zhuǎn)換的方式在運(yùn)動(dòng)電子內(nèi)注入的磁能物質(zhì)。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)或帶負(fù)電的點(diǎn)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)都是大量運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生磁場(chǎng)的宏觀表現(xiàn)。同樣道理，由一個(gè)運(yùn)動(dòng)的帶正電的點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，是其中過(guò)剩的質(zhì)子從外力所獲取的磁能物質(zhì)的宏觀體現(xiàn)。但其磁能物質(zhì)又分別依附于其中帶有電荷的夸克。傳遞運(yùn)動(dòng)電荷或電流之間相互作用的物理場(chǎng)，由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生場(chǎng)中其它運(yùn)動(dòng)電荷或電流發(fā)生力的作用。所以磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形態(tài)。磁鐵與磁鐵之間，通過(guò)各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)，互相施加作用力和力矩于對(duì)方。運(yùn)動(dòng)中的電荷會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁性物質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以用電荷運(yùn)動(dòng)模型來(lái)解釋。但不能反過(guò)來(lái)說(shuō)，用磁荷運(yùn)動(dòng)模型來(lái)解釋電場(chǎng)。再次強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)有理論中是沒(méi)有磁荷概念的。所以這也是我為什么說(shuō)電場(chǎng)是磁場(chǎng)源泉。電場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的。電場(chǎng)與磁場(chǎng)有密切的關(guān)系；有時(shí)磁場(chǎng)會(huì)生成電場(chǎng)，有時(shí)電場(chǎng)會(huì)生成磁場(chǎng)。麥克斯韋方程組可以描述電場(chǎng)、磁場(chǎng)、產(chǎn)生這些矢量場(chǎng)的電流和電荷，這些物理量之間的詳細(xì)關(guān)系。根據(jù)狹義相對(duì)論，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)的兩面。設(shè)定兩個(gè)參考系A(chǔ)和B,相對(duì)于參考系A(chǔ),參考系B以有限速度移動(dòng)。從參考系A(chǔ)觀察為靜止電荷產(chǎn)生的純電場(chǎng)，在參考系B觀察則成為移動(dòng)中的電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。與電場(chǎng)相仿，磁場(chǎng)是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的向量場(chǎng)，描述磁場(chǎng)的基本物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B，也可以用磁感線形象地表示。然而，作為一個(gè)矢量場(chǎng)，磁場(chǎng)的性質(zhì)與電場(chǎng)頗為不同。運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，或兩者之和的總磁場(chǎng)，都是無(wú)源有旋的矢量場(chǎng)，磁力線是閉合的曲線簇，不中斷，不交叉。換言之，在磁場(chǎng)中不存在發(fā)出磁力線的源頭，也不存在會(huì)聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，即磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)而不是勢(shì)場(chǎng)（保守場(chǎng)），不存在類(lèi)似于電勢(shì)那樣的標(biāo)量函數(shù)。這個(gè)概念介紹，其實(shí)上面已經(jīng)有了。我覺(jué)得這更加可以說(shuō)明在電磁學(xué)理論中，電場(chǎng)和電荷理論的內(nèi)容占比，要多于磁場(chǎng)。上面提到了磁疇，磁疇理論是具體解釋物體為什么具有磁性的。磁疇理論是用量子理論從微觀上說(shuō)明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理。所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過(guò)程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。也可以這樣理解，分子或原子是構(gòu)成物質(zhì)材料的基元，基元中電子繞著原子核的運(yùn)轉(zhuǎn)形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使每個(gè)基元都相當(dāng)于一個(gè)微小的磁體，由大量基元組成一個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)中所有基元產(chǎn)生的磁場(chǎng)都同方向整齊排列，這樣的集團(tuán)叫做磁疇。在居里溫度以下，在大塊鐵磁性或亞鐵磁性（見(jiàn)鐵氧體）單晶體（或多晶體中的晶粒）中，形成很多小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的原子磁矩沿特定的方向排列，呈現(xiàn)均勻的自發(fā)磁化。但是在不同的區(qū)域內(nèi)，磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強(qiáng)度為零。在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，由于原子的磁矩不等于零，每一個(gè)原子的表現(xiàn)就好似微小的永久磁鐵。假設(shè)聚集于一個(gè)小區(qū)域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區(qū)域?yàn)榇女牷蛲馑巩?。使用磁力顯微鏡，可以觀測(cè)到磁疇。磁疇的種類(lèi)分為：a）單獨(dú)磁疇。b）兩個(gè)異向磁疇。c）多個(gè)磁疇，最小能量態(tài)。磁疇所生成的磁場(chǎng)以帶箭頭細(xì)曲線表示。磁化強(qiáng)度以帶箭頭粗直線表示。磁疇的形狀、尺寸、磁疇壁的厚度由交換能、退磁場(chǎng)能、磁晶各向異性能及磁彈性能來(lái)決定。平衡狀態(tài)的磁疇結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有最小的能量。在居里溫度以下，鐵磁或亞鐵磁材料內(nèi)部存在很多具有各自的自發(fā)磁矩且磁矩成對(duì)的小區(qū)域。這些小區(qū)域排列的方向紊亂，宏觀上這些小區(qū)域的集合體在外界表現(xiàn)出整體磁矩為零，不顯磁性的現(xiàn)象。這些小區(qū)域即稱為磁疇。當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇內(nèi)一些磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向，使得與外磁場(chǎng)方向接近一致的總磁矩得到增加，這類(lèi)磁疇得到成長(zhǎng)，而其他磁疇變小，結(jié)果是磁化強(qiáng)度增高。隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的進(jìn)一步增高，磁化強(qiáng)度增大，但即使磁疇內(nèi)的磁矩取向一致，成了單一磁疇區(qū)，其磁化方向與外磁場(chǎng)方向也不完全一致。只有當(dāng)外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，所有磁疇中磁矩的磁化方向才能全部與外磁場(chǎng)方向取向完全一致。此時(shí)，鐵磁體就達(dá)到磁飽和狀態(tài)，即成飽和磁化。一旦達(dá)到飽和磁化后，即使磁場(chǎng)減小到零，磁矩也不會(huì)回到零，殘留下一些磁化效應(yīng)。這種殘留磁化值稱為殘余磁感應(yīng)強(qiáng)度（以符號(hào)Br表示）。飽和磁化值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs）。若加上反向磁場(chǎng)，使剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度回到零，則此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度或矯頑力（He）。從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)看，鐵磁質(zhì)內(nèi)電子間因自旋引起的相互作用是非常強(qiáng)烈的，在這種作用下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小的自發(fā)磁化區(qū)域，叫做磁疇。每一個(gè)磁疇中，各個(gè)電子的自旋磁矩排列的很整齊，因此它具有很強(qiáng)的磁性。磁疇的體積約為10-i2m3?10-9m3,內(nèi)含約1017?1020個(gè)原子。在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無(wú)序的，所以鐵磁質(zhì)對(duì)外不顯磁性。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場(chǎng)中時(shí)，各個(gè)磁疇的磁矩在外磁場(chǎng)的作用下都趨向于沿外磁場(chǎng)中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度B'比外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)數(shù)萬(wàn)倍。從實(shí)驗(yàn)中我們得知，鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，它的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁性就完全消失，鐵磁質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫做居里溫度或叫居里點(diǎn)。這是因?yàn)殍F磁質(zhì)中自發(fā)磁化區(qū)域因劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)而遭到破壞，磁疇也就瓦解了，鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失，過(guò)渡到順磁質(zhì)，從實(shí)驗(yàn)知道，鐵的居里溫度是1043K,78%坡莫合金的居里溫度是873K,45%坡莫合金的居里溫度是673K。上面的介紹，大家應(yīng)該印象更深了。接著回到開(kāi)始的論點(diǎn)。再這里要提出另一個(gè)概念，叫楞次定律。楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律還可表述為：感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。楞次定律的實(shí)質(zhì)是：產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程必須遵守能量守恒定律，如果感應(yīng)電流的方向違背楞次定律規(guī)定的原則，那么永動(dòng)機(jī)就是可以制成的。下面分別就三種情況進(jìn)行說(shuō)明：（1）如果感應(yīng)電流在回路中產(chǎn)生的磁通量加強(qiáng)引起感應(yīng)電流的原磁通變化，那么，一經(jīng)出現(xiàn)感應(yīng)電流，引起感應(yīng)電流的磁通變化將得到加強(qiáng)，于是感應(yīng)電流進(jìn)一步增加，磁通變化也進(jìn)一步加強(qiáng)……感應(yīng)電流在如此循環(huán)過(guò)程中不斷增加直至無(wú)限。這樣，便可從最初磁通微小的變化中（并在這種變化停止以后）得到無(wú)限大的感應(yīng)電流。這顯然是違反能量守恒定律的。楞次定律指出這是不可能的，感應(yīng)電流的磁通必須反抗引起它的磁通變化，感應(yīng)電流具有的以及消耗的能量，必須從引起磁通變化的外界獲取。要在回路中維持一定的感應(yīng)電流，外界必須消耗一定的能量。如果磁通的變化是由外磁場(chǎng)的變化引起的，那么，要抵消從無(wú)到有地建立感應(yīng)電流的過(guò)程中感應(yīng)電流在回路中的磁通，以保持回路中有一定的磁通變化率，產(chǎn)生外磁場(chǎng)的磁電流就必須不斷增加與之相應(yīng)的能量，這只能從外界不斷地補(bǔ)充。（2）如果由組成回路的導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受的力（安培力）的方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，那么，感應(yīng)電流受的磁場(chǎng)力就會(huì)加快導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，從而又增大感應(yīng)電流。如此循環(huán)，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)將不斷加速，動(dòng)能不斷增大，電流的能量和在電路中損耗的焦耳熱都不斷增大，卻不需外界做功，這顯然是違背能量守恒定律的。楞次定律指出這是不可能的，感應(yīng)電流受的安培力必須阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，因此要維持導(dǎo)體以一定速度作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，在回路中產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，外界必然反抗作用于感應(yīng)電流的安培力做功。（3）如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電流的方向，與作同樣轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的電流方向相同，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流立即

成了電動(dòng)機(jī)電流，繞組將加速轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果感應(yīng)電流進(jìn)一步加強(qiáng)，轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)一步加速。如此循環(huán)，這個(gè)機(jī)器既是發(fā)電機(jī)，可輸出越來(lái)越大的電能，又是電動(dòng)機(jī)，可以對(duì)外做功，而不花任何代價(jià)（除使轉(zhuǎn)子最初的一動(dòng)而外），這顯然是破壞能量守恒定律的永動(dòng)機(jī)。楞次定律指出這是不可能的，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電流的方向應(yīng)與轉(zhuǎn)子作同樣運(yùn)動(dòng)的電機(jī)電流的方向相反。流的過(guò)程必須遵守能量守恒定律。綜上所述，楞次定律的任何表述，都是與能量守恒定律相一致的。概括各種表述“感應(yīng)電流的效果總是反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因”，其實(shí)質(zhì)就是產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程必須遵守能量守恒定律。要正確全面地理解“楞次定律”必須從“阻礙”二字上下功夫，這里起阻礙作用的是“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”,它阻礙“原磁通量的變化”。正如勒夏特列原理是化學(xué)領(lǐng)域的慣性定理，楞次定律正是電磁領(lǐng)域的慣性定理。勒夏特列原理、牛頓第一定律、楞次定律在本質(zhì)上一樣的，同屬慣性定律。各位，到了這里，就可以做總結(jié)認(rèn)識(shí)了。首先是引力和慣性。引力是一種時(shí)空性質(zhì)，即時(shí)空引力場(chǎng)作用產(chǎn)生的。與慣性的關(guān)系就是，引力是慣性的源泉。電力和磁力，或者說(shuō)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系。也有這樣的一面。電場(chǎng)是電荷及變化磁場(chǎng)周?chē)臻g里存在的一種特殊物質(zhì)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系是互為源泉，但電場(chǎng)更為根本?；蛘哒f(shuō)電場(chǎng)是主動(dòng)的，磁場(chǎng)是被動(dòng)的。因?yàn)闆](méi)有電荷，一起電磁現(xiàn)象就不存在。而慣性定律和楞次定律，又驚人的相似。正是這樣的原因，才構(gòu)成了物理世界的廣泛對(duì)稱和守恒。所以對(duì)于慣性的認(rèn)識(shí)理論，也同樣適合楞次定律。如下內(nèi)容。正確的理解要把握3個(gè)點(diǎn)。1、楞次定律作用的速度是光速?！緫T性作用也是光速?！?、楞次定律是電磁感應(yīng)相互作用的性質(zhì)?！緫T性是引力場(chǎng)的性質(zhì)?！?、楞次定律和參考系選擇無(wú)關(guān)?！緫T性也與參考系選擇無(wú)關(guān)?！克砸噪姾蔀榛A(chǔ)的電磁學(xué)理論，和引力理論是一種“同相理論”。據(jù)此，電磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁波，且任何物體都向外輻射能量。那么引力場(chǎng)，就自然可以推理出引力波的存在。同樣電磁波是由光子組成的。那么想當(dāng)然的推理，就可以有引力波，由引力子組成。至于為何現(xiàn)在沒(méi)有探測(cè)到引力子，