袁士霄 c——表征电与磁耦合关系；

http://www.tianya.cn/publicforum/content/no01/1/322237.shtml


“一颗诚实追求自然本质的心灵也必定洞明人世间的道理。大部分的科学大师也是无师自通的政治思想家。”


　三 时空的种子
　　
　　常数的发现是一件既让人兴奋，又让人紧张的事件，兴奋来自于常数芝麻有可能打开丰富宝藏的一扇门，紧张来自于一种检点的心理，廉价的成功是不是鸡鸣狗盗行径？
　　
　　G第一被揭示出来，而经过漫长的时间，直到广义相对论建立，她的意义才被认识清楚。
　　c早于h进入人们视野，而被明确为常数又借助了后者的帮助，c被她的发现者带到这个世界上，受到发现者的百般呵护。
　　没有父母像普朗克那样对待自己的骨肉那样无情，h那么楚楚动人，那么才情横溢，而普朗克却千方百计地用传统衣裳装扮她。
　　
　　c-G-h的共同特征是不受你所能列举的任何因素的干扰，苍蝇不叮，蚊子不咬，日头晒不着，风雨吹不着，山崩地裂不改一往无前的本色，海枯石烂都不移忠贞不渝的初衷。
　　
　　常数恒定的意义不是你可以方便地找到她，而是揭示了一种脱离人为因素的概念的存在。
　　
　　常数的这种不可干预性为某一类认识者带来恐慌，其实大可不必，把她们带到世上的造物主也不能调控她们。她们和自然规律一样，一旦离开娘胎就完全独立。
　　
　　前面说过，c-G-h是三把度量自然的尺子，它们不像“米-秒-千克”那样，总是带有人为的痕迹。
　　
　　c——表征电与磁耦合关系；
　　G——表征物质分布及其流动与时空几何的关系；
　　h——表征物质的粒子性和波动性的制约关系。
　　
　　有鉴于此，怪侠强调从事物的关系中把握世界。那么是不是时间、空间和物质就退居到了次要地位了呢？我们先离开这个尖锐的问题，我带你们复习复习高中物理，做做初中代数题，换换脑子。
　　
　　用C-G-H代表c-G-h的量纲，它们与基本量纲L-T-M是什么关系呢？它们分别是：
　　
　　C=L*T^-1 ; G=L^3*T^-2*M^-1 ; H=L^2*T^-1*M
　　
　　第二个式子根据万有引力公式求得的；第三个式子根据光子能量公式求得的。
　　
　　上面的三个量纲公式可以反过来，把C-G-H作为基本量纲，而把L-T-M当作导出量纲。凡是知道指数规则，会解三元一次方程组的网友都会计算出下列结果：
　　
　　L=（G*H/C^3）^0.5 ; T=（G*H/C^5）^0.5 ; M=（H*C/G）^0.5
　　
　　把量纲之间的这一组关系套用到常数c-G-h上，我们得到“长度-时间-质量”的一组量，粉笔叫做：
　　 1普朗克长度=（G*h/c^3）^0.5
　　1普朗克时间=（G*h/c^3）^0.5
　　1普朗克质量=（c *h/ G）^0.5
　　
　　你看，如果以这三个量作为长度-时间-质量的基本单位，那么长度-时间-质量三个量也有它们自己的由常数构成的单位。这三个单位是多大呢？代入c-G-h的数值算一下，结果是：
　　
　　1普朗克长度=1.6*10^-33米
　　1普朗克时间=5.4*10^-44秒
　　1普朗克质量=5.5*10^-5克
　　
　　 多种自然规律统一模型的演算都把时空基本量指向“普朗克时间”和“普朗克长度”，“普朗克质量”则是最小黑洞的质量，它以“普朗克长度”为直径。
　　
　　这样一种时空和物质的数据代表着一种新的，没有人为性的时空特征：时空有基本单元，其数量级是“普朗克时间”和“普朗克长度”；时空有祂的生长点，其种子大小的量级是“普朗克时间”和“普朗克长度”；时空有祂的坟墓，不!应该是涅磐再生的转折点，其大小的量级是“普朗克时间”和“普朗克长度”。





磁铁和电流都能够产生磁场，电流的磁场是由电荷的运动形成的，那么磁铁的磁场是如何产生的呢？法国学者安培根据环形电流的磁性与磁铁相似，提出了著名的分子电流的假说。他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极跟分子电流不可分割地联系在一起。安培的假说，能够解释各种磁现象。一根软铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，软铁棒就被磁化了，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。磁体受到高温或者受到猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械运动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了。在安培所处的时代，人们对原子结构还毫无所知，因而，对物质微粒内部为什么会有电流是不清楚的。直到20世纪初期，人类了解了原子内部的结构，才知道分子电流是由原子内部的电子的运动形成的。安培的磁性起源的假说，揭示了磁现象的电本质。它使我们认识到，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。
但是仅凭“电荷运动产生磁场”还不足以说明以下三个问题：1.运动电荷周围的磁场为何其磁力线方向符合右手螺旋法则而不是左手螺旋法则？2.通电直导线周围有环形磁场，为何磁力线方向也符合右手螺旋法则而不是左手螺旋法则？3.原子磁矩如何确定N极和S极？唯一的解释只能是“电荷运动时自旋”，自旋产生磁场，磁力线方向与自旋方向有关。“电荷运动时自旋”这一判断虽然是来自于推理，但能够解释一切电磁现象，下面一一讲述：

一、电生磁
电荷静止时不自旋，只产生电场，不产生磁场。
电荷运动时自旋，并在周围产生环形磁场。正电荷运动时的自旋方向和磁场方向为：右手半握，拇指伸开，拇指指向正电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向，磁力线方向与自旋方向相同。负电荷运动时的自旋方向和磁场方向为：左手半握，拇指伸开，拇指指向负电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向。磁力线方向与自旋方向相反。
通有直流电流的直导线中，电子排着队向前运动，因电子自旋的作用，导线周围有环形磁场。电子自旋方向和磁场方向为：左手半握，拇指伸开，拇指指向负电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向，磁力线方向与自旋方向相反。
若将通有直流电流的直导线弯曲成圆形，则环形磁场闭合，对外表现为磁矩。电流方向和磁极方向的关系符合右手螺旋法则：右手半握，拇指伸开，除拇指外的四指指向电流方向，则拇指指向N极方向。
电子绕原子核运动，可视为通有直流电流的圆形导线，对外表现为原子磁矩。电子运动方向和磁极方向的关系符合左手螺旋法则：左手半握，拇指伸开，除拇指外的四指指向电子运动方向，则拇指指向N极方向。

二、电作用于磁
电场产生磁场，然后吸引或排斥其他磁场，例如通电直导线可使旁边的小磁针偏转、电磁铁的应用、电动机的应用。

三、磁作用于电
通电导线在磁场中所受作用力的方向跟磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向。原因如下：设均匀磁场的磁力线向下垂直于纸面，通电导线平放在纸面上，方向正南正北，电流方向为北方。我们可以这样理解均匀磁场的磁力线：在纸面上，在通电导线的西侧有一个通直流电的长直导线，方向正南正北，电流方向为北方，它产生的环形磁场，一半在纸面上，另一半在纸面下，则在通电导线的位置磁力线是垂直向下的，且在其附近的分布近似均匀。通电导线本身也产生环形磁场，磁力线符合右手螺旋法则，它与长直导线的磁场相互吸引，故通电导线的受力方向为正西，与电流方向（正北）成90度。
当通电导线跟磁场方向平行时，磁场对导线的作用力为零。原因同上，只是通电导线与假想的长直导线不再平行，而是成90度夹角，故相互作用力为零。
如果通电导线跟磁场方向既不垂直也不平行而成任一角度，磁场对电流有作用力，但作用力比互相垂直的情形要小。
带电粒子在磁场中静止时不受磁场力。原因如下：带电粒子在磁场中静止时不自旋，无环形磁场。
带电粒子在磁场中运动时，若速度垂直于磁力线方向，则粒子做匀速圆周运动，磁场力是向心力。带正电粒子在磁场中所受作用力的方向跟磁场方向、运动方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向带正电粒子的运动方向，那么，拇指所指的方向，就是带电粒子在磁场中的受力方向。原因如下：设均匀磁场的磁力线向下垂直于纸面，带正电的粒子在纸面上向北运动，我们可以认为在纸面上，在带电粒子的西侧有一个通直流电的长直导线，方向正南正北，电流方向为北方，它产生的环形磁场，一半在纸面上，另一半在纸面下，则在带电粒子的位置磁力线是垂直向下的，且在其附近的分布近似均匀。带正电的粒子的运动也产生环形磁场，磁力线符合右手螺旋法则，它与长直导线的磁场相互吸引，故粒子受力方向为正西，与前进方向（正北）成90度。
若带电粒子速度平行于磁力线时，粒子不受磁场力。原因同上，只是带电粒子产生的环形磁场的磁力线与所在磁场的磁力线相互垂直，故不受力。
磁场中的通电线圈会发生偏转。原因是磁场与通电线圈的磁矩相互作用。

四、磁生电
导体的两端接在电流表的两个接线柱上，组成闭合电路，当导体在磁场中向左或向右运动，切割磁力线时，电流表的指针就发生偏转，表明电路中产生了电流．这样产生的电流叫感应电流。我们知道，穿过某一面积的磁力线条数，叫做穿过这个面积的磁通量。当导体向左或向右做切割磁力线的运动时，闭合电路所包围的面积发生变化，因而穿过这个面积的磁通量也发生了变化。导体中产生感应电流的原因，可以归结为穿过闭合电路的磁通量发生了变化。可见，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。这就是产生感应电流的条件。感应电流的方向：导体向左或向右运动时，电流表指针的偏转方向不同，这表明感应电流的方向跟导体运动的方向有关系。如果保持导体运动的方向不变，而把两个磁极对调过来，即改变磁力线的方向，可以看到，感应电流的方向也改变。可见，感应电流的方向跟导体运动的方向和磁力线的方向都有关系．感应电流的方向可以用右手定则来判定：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动的方向，那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。
感应电流究竟是如何产生的呢？设均匀磁场的磁力线向下垂直于纸面，导体平放在纸面上，方向正南正北，移动方向为西方。（用右手定则判感应电流方向为南方）。当导体向西移动时，可视为导体中的电荷也向西移动，而电荷在磁场中所受作用力的方向跟磁场方向、电荷运动方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电荷的运动方向（西方），那么，拇指所指的方向（南方），就是电荷在磁场中的受力方向。所以电流方向应是南方。
把线圈的两端接在电流表上，组成闭合电路．当向线圈中插入或拔出磁铁时，电流表的指针偏转，表明电路中产生了感应电流。这是因为向线圈中插入磁铁时，穿过线圈的磁通量增大，从线圈中拔出磁铁时，穿过线圈的磁通量减小。穿过线圈的磁通量发生了变化，因而产生了感应电流。向线圈中插入或拔出磁铁的过程可以等效为导体切割磁力线的过程。磁通量的变化只是产生感应电流的表层的原因，真正的原因还是线圈中的电荷受洛仑兹力运动。

总结：“电荷运动时自旋”这一判断虽然是来自于推理，但确实能够解释一切电磁现象，暂时还算是站的住脚的，下一步就是接受实践的检验了。另外我认为产生磁场的真正原因，确切地说不是电荷的运动，而是电荷的旋转。使带静电荷的物体高速旋转，肯定可以观测到磁场的产生。