磁场的本质、磁场的定义方程( 二 ) 磁场的本|磁场|磁

粒子带有负电荷、产生负电场，是由于粒子周围空间从四面八方、以光速、从无限远处向粒子汇聚而来造成的。我们在负点电荷周围作许多由无限远处指向负电荷的几何线，我们用右手手握住其中任意一条射线，并且大拇指和射线方向一致，则四指环绕方向就是负点电荷周围空间的旋转方向。

面对我们观察者，正电荷周围空间是逆时针旋转的。负电荷周围空间是顺时针旋转的。我们所要注意的是无论是正电荷还是负电荷，周围空间都是右手螺旋空间，就是我们用右手握住空间运动的直线部分，四指环绕方向就是空间的旋转运动方向。十二，解释电荷的相对论不变性由以上电荷的几何定义方程q = 4π ε 。 g k’(d m /dt)我们很容易解释电荷的相对论不变性，解释电荷不随速度变化的原因。当质点o以速度V相对于我们运动的时候，质量m增大了一个相对论因子√（1- v2/c2）【这个统一场论也有证明】，用m’表示静止质量。而时间dt由于时间的相对论性膨胀效应会随着速度V增大一个相对论因子√（1- v2/c2），用dt’表示静止参考系的一段时间。这样m和dt都增大一个相对论因子√（1- v2/c2），结果d m /dt不随速度V而变化，而4πε 。 gk’都是常数，所以q不随速度V变化。由相对论中质速关系m = m’ / √（1- v2/c2）和洛伦茨变换中时间变换式t = (t’ + x v/c2)/ √（1- v2/c2）可以得到： dm/dt = [dm’/√（1- v2/c2）] / [ dt’/ √（1- v2/c2）] =dm’/dt’ 十三，磁场的定义方程。前面分析指出，随时间变化的引力场产生电场。

人类已经发现，一个带电粒子相对于我们观察者以速度V运动的时候，可以引起V垂直方向上电场的变化，这个时候电场可以分为两部分，一部分是本来就有的电场，还有一部分是电场的变化形式。电场变化的部分我们可以认为就是磁场，也就是随速度变化的电场产生了磁场，统一场论继承这种看法。设想一个相对于我们观察者静止的o点，质量为m ，带有电荷q ，在周围空间p处产生了静电场E ，由o点指向p点的矢径为R ，我们以R的长度r为半径作一个高斯面s = 4πr2【内接球体体积为4π r3】包围o点，则： E= q R/4π ε 。 r3 =k( dm/dt)R/4π ε 。 r3 k是常数。当o点相对于我们以速度V运动的时候，可以引起电场E的变化，变化的部分我们可以认为是磁场B 。很简单的想法是电场E乘以速度V就是磁场B ，由于速度V和电场E相互垂直时候，产生的磁场最大，因而它们之间是叉乘，所以有以下关系， B= 常数乘以（V×E）由电场E的几何形式方程 E = q R/4π ε 。 r3 =k(dm/dt)R/4π ε 。 r3 ，可以求出磁场B的几何形式方程， B = 常数乘以【V×（q R/4π ε 。 r3）】 = 常数乘以【V×k( dm/dt)R/4π ε 。 r3】合并常数，以上与磁场B相关的常数用磁导率μ表示，由于我们这里讨论的是在真空情况下，所以用真空磁导率μ 。表示。 B= μ 。【V×k(dm/dt)R/4π r3】以上就是真空中磁场的几何形式方程。这个方程和电场、磁场相互关系满足的方程B =V ×E /c2是紧密联系在一起的。 B= μ 。【V×k(dm/dt)R/4π r3】 = μ 。【V×（q R/4π r3）】 = μ 。【V×ε 。（q R/4π ε 。 r3）】 = μ 。 ε 。【V ×（qR/4π ε 。 r3）】 = μ 。 ε 。（V ×E）在电磁学中，认为真空中磁导率μ 。和真空中介电常数ε 。的乘积是真空中光速c的平方的倒数【这个是人为规定的】，所以以上方程可以写为： B= V ×E /c2 以上方程反映了电场和磁场的基本关系。也可以认为是磁场的定义方程。

注意，以上的磁场和运动电场都没有考虑相对论效应，只是在V很小或者等于零的情况下成立。在静电场方程中乘以Ψ就是电场的普遍形式， Ψ 为相对论效应修正相, Ψ = （1-v2/c2）/【√[1-(v2/c2)sin2θ] 】3 ，其中θ为R和x轴的夹角。电场方程乘以相对论修正相Ψ ，不影响电场和磁场之间的关系。十四，磁单极子不存在。统一场论认为，一个相对于我们静止的带电粒子o点，在周围空间产生静电场，当o点相对于我们观察者以速度v匀速直线运动，可以产生磁场，这个磁场的本质就是空间以矢量速度v为轴心在旋转。当o点以匀速圆周运动时候，空间的旋转运动在这个圆周的正反两个面上一进一出，进的一面是S极，出来的一面叫N极。从磁场这种几何形式来看，自然界不存在有磁单极子的。十五，解释麦克斯韦方程中位移电流假设。从方程B= V ×E /c2加上时空同一化方程r2= c2t2 = x2+y2+ z2【矢量形式R(t) =Ct= xi+ yj + zk 】，可以导出麦克斯韦方程中变化磁场产生电场、变化电场产生磁场。麦克斯韦方程组中电场E变化产生了磁场B ， ∮（ B·dL）=μ 。 I + (1/c2) ∂ Φe/∂ t =∯[μ 。 I + （1/c2）（∂E/dt ）·∂ S] 以上方程表示运动的电荷μ 。 I【也就是电流，安培环路定理中电流项】可以产生磁场，变化的电场（1/c2）（∂ E/dt ）·∂ S也可以产生磁场【即麦克斯韦位移电流假设】。麦克斯韦位移电流假设表示了在真空中，点电荷周围电场的变化和磁场之间的关系，而安培环路定理表示了许多点电荷运动产生的变化电场和磁场之间的关系，我们应该看到，麦克斯韦位移电流假设是基本的，安培定理只是推广。本文描述的是质点在真空中的运动情况，不考虑形状物体在介质中运动情况，所以，略去μ 。 I这一项，重点解释 ∮(B·dL) = （∂/∂t ）∯（ E·∂S)/c2 以上方程认为，在某一个时刻，在点电荷o点附近某处自由空间中的p点，不存在其他电流的情况下，在空间曲面上变化的电场E可以产生环绕线状磁场B ，且满足关系式 ∮(B·dL) = （∂/∂t）∯（ E·∂S)/c2 以上c是光速， dS为矢量面元，是包围o点的高斯曲面S中微小的一部分， t为时间， ∂是偏微分的意思。 L是沿B方向的几何环绕线量，方程左边是环路线积分，右边是左边线路包围的面积分，积分范围是0角度到2π 。我们知道，速度包含了时间，随速度变化意味着肯定随时间变化，所以，应该可以从相对论中磁场、电场基本关系式B=V×E/ c2导出麦克斯韦的变化电场产生磁场的位移电流假设，也可以导出法拉第电磁感应方程，下面分别来给出推导过程。相对论认为，一个点电荷o相对于我们以速度V运动的时候，在周围空间p点处产生了电场E和磁场B ，并且满足以下关系： B= V×E/c2 我们还要特别认识到一个情况，无论是电场E、磁场B ，还是包围o点的高斯曲面S ，都可以看成是是空间位移矢量R(t) =Ct= xi+ yj + zk变化的结果。我们将方程B = V×E /c2两边点乘一个微小的空间长度矢量∂L【∂L可以看成是空间位移矢量R(t) =Ct的微小变量，由于B和E都是由R(t)=Ct变化而来，所以∂L和E、B能够相乘，如果∂L和E、B不相干，相乘的结果肯定是没有意义的】。 ∂L方向和B同向时候， B· ∂L的值为最大,为： B·∂L=（V×E /c2）·∂L =(1/ c2)（∂U×E/∂t）· ∂L =(1/ c2∂t) E ·(∂L× ∂U) 注意∂U /∂t = V ，由于∂L和∂U相互垂直时候，相乘数值最大，因而（∂L× ∂U)可以看成一个矢量面元∂S = ∂L×∂U ， ∂S的方向和E一致的时候， E·(∂L× ∂U)的值最大。这样 B· ∂L= (1/ c2∂t) E · ∂S 如果我们将方程B · ∂L =(1/ c2∂t)E· ∂S 两边的变矢量微分求环量积分，环量积分范围从0到2π 。方程B·∂L=(1/c2∂t)E· ∂S右边的矢量面元∂S =(∂L× ∂U) 积分后变成了一个分布在三维空间中的曲面。方程左边的变矢量微分∂L环绕一周积分后为右边空间曲面的边界线。 ∮ B· dL = ∂/∂t∯（ E · ∂S)/c2 左边取环绕一周的线积分，右边取环绕一周的面积分，两个积分区域是相同的，都是角度从0开始到2π结束，因而对方程两边的空间变量求环路积分，等式仍然成立 ∮ B·∂L = (1/c2 ∂t) ∯（E·∂S）这个就是麦克斯韦位移电流假设。注意，式 ∮（ B · ∂L） = 1/c2 ∂t∯（E· ∂S) 中积分∮B·∂L是沿B的环绕方向的线积分， ∯ E·∂S是电场E在三维空间中高斯曲面S上的分布,可以认为磁场B在L上的分布【也就是∮（B·∂L）】就是电场E在三维空间曲面上的分布因曲面变化而产生的圆周边界线上的分布。无论是电场E还是磁场B ，其本质都是空间曲面、空间曲线运动程度，所以， E、B和曲线、曲面相乘，结果是空间运动的运动量。十六，解释法拉第电场感应原理 ∮（E·∂R） = －∯∂Φb /∂t = ∯（- ∂ B /∂t）· ∂S 以上方程就是法拉第的电磁感应原理。由磁场和电场基本关系式B = V×C/ c2 ，得到： B= (∂U/∂t)×E/ c 2 统一场论认为，时间是空间以光速运动造成的，有时空方程： R= R(t) = Ct = x i+ yj + z k 标量式为r 2 =c2t2 = = x2+y2+ z2 r是高斯面s = 4 π r2【r等于矢量R的长度】的半径, 这样有： B=(∂U/∂t)×E/ (∂r/∂t) 2 B(∂r)2/∂t= ∂U×E B(∂R·∂R)/∂t = ∂U×E 将方程两边点乘单位矢量N, N·[B(dR·dR) )]/ ∂t = N ·（ ∂U×E） B和E、高斯曲面S【标量为s】都是矢量R运动变化产生的。由于高斯面s = 4πr2是以r为半径，以光速c扩大，因而在(∂r)2= ∂R· ∂R很小的情况下，可以把(∂r)2可以看成是高斯面其中的微小一部分，用矢量面元∂S【数量为∂s】表示，则： N·（B ∂s)/∂t = N·（ ∂U×E）B· ∂S/∂t = N·（ ∂U×E）以上用矢量面元∂S表示微小面积∂s ，面元∂S的方向和N一致，由矢量运算公式，以上方程右边可以写为E·（∂U× N），因此有下两个式子： B· ∂S/∂t= E·（∂U× N） B· ∂S/∂t= - E·（N×∂U）用线矢量∂L表示N×∂U ，则上两式为式为： B· ∂S/∂t= E·∂L B· ∂S/∂t= - E·∂L 这两个式子我们选哪一个？在统一场论中，电荷o点的质量为m ，带有电荷q = k dm/dt【k为常数】在周围空间p处产生的磁场B的几何方程为： B=Ψ【μ 。 ε 。 (k dm/dt)R×V/4πε 。 r3】 Ψ为相对论效应修正相. 并且 Ψ= （1- v2/c2）/【√[1-(v2/c2)sin2θ] 】3 ，其中θ为R和x轴的夹角。由于1/c2 =μ 。 ε 。，所以 B=Ψ【μ 。 ε 。 (k dm/dt)R×V/4πε 。 r3】可以写为： B=Ψ【 (kdm/dt c2)R×V/4πε 。 r3】由统一场论的时空方程R = Ct , 上式可以为： B=Ψ【 (k m )d【R】×V/ c 4πε 。 r3】【R】为沿R的单位矢量， V/ c的数量式v/ c在统一场论可以表示为cosθ, 由于cosθ的微分为-sinθ,所以应该取B·∂S/∂t = - E·∂L 上式两边是微分式，两边取环绕积分，积分范围都是从0到2π ，得到法拉第电磁感应方程: ﹣∯（B · ∂S）/dt = ∮E·∂L 由斯托克斯定理，上式可以改写为微分式： ▽×E= ( - ∂ B /∂t) ·∂S 注意，式-（B· ∂S）/∂t =E·∂L右边是环绕一周的线积分，左边是面积分，右边的环绕一周的线积分可以看成是左边的面积分的边界线，一个开放的曲面，面积发生变化时候，变化量无限微小，可以看成是这个开放曲面的边界线。法拉第电磁感应原理表示了磁场在空间曲面上的分布发生变化，可以表示为这个曲面边界线上电场的分布。本人常年坚持基础科学，现在因为生病，失去生活来源，在网上卖自己写的电子书，涉及时空，万有引力、电磁场本质，外星人飞碟、生命轮回、意识灵魂之谜等，想看的话加张祥前微信。