安培分子电流假说 磁也是由运动的电荷产生,构成磁体的分子内部存在一种环形电流

来源: 2009-10-20 13:25:49 [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读:

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[星丛]电和磁的本质思考(最初步)- [星丛] 我相信只要稍微有些思索欲望的人都有同感,在学习牛顿经典力学时还不怎么感受到的本质问题(不是说没有,当然那只适合更有思考欲望的人),在电和磁的学习中突然变得明显。因为,电磁学的理论大量地建立在具体实验中,或者是通过数学手段进行演绎,包括著名的麦克韦斯方程。目前的电磁学理论已经基本可以阐明所有电磁现象间的关系,比如最基本的“变化的磁场激发涡旋电场”而“变化的电场又激发涡旋磁场”,紧接着这种相互的激发形成连续不断的振荡,即电磁波。
电和磁的统一性是明显的,当仁不让地完成统一场论的第一步(先假设我本人坚信统一场论实现的可能)。
但是人类若仅仅停留在目前的电磁理论上,实际运用倒是没什么难题,却无法推动整个物理基础理论的前进。因为我们可以提出以下几个本质性问题,仍然无法求得解答:
1.电是什么?磁是什么?
2.电和磁之间是通过何种关系相互激发出涡旋场?

第一个问题,关于电的概念,我们似乎已经得到了很简洁明了的解释:电就是电荷运动形成的现象。好吧,那么我们用这个概念来看第二个问题:磁。根据电和磁的统一性,电的概念阐述当可移花接木地用在磁上,于是有了著名的安培分子电流假说:
磁也是由运动的电荷产生,构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。
该理论提出于19世纪,是目前无法证实的臆测性理论。但在我初步了解后,立刻发现这个理论存在两个问题:一是人们认为“分子由原子组成,而电子在原子核旁运动”的现代解释给此理论提供实在性内容,可我觉得恰恰相反,现代量子力学对原子核旁电子云的描述,让这种环形电流的假说遭到否决;二是安培提出的假说仍是在以涡旋(即环形)电流产生直线磁场为基础(理论指出,由于每个分子具有分子电流,而使每个分子成为一个小磁场),因此这个假说只是把微观上升到宏观,而没有触及微观的本质问题。

在上课的时候,我们可爱的物理老师最爱把所学理论的本质“教”给我们(尽管与考试毫无关碍,尽管有时候我们可怜的知识并不足以知道真正的本质),这是我相当欣赏他的(虽然他常用牛顿经典力学来勉强解释微观运动……但他这种向学生灌输真正物理意识的态度是值得称赞的)。在讲到动生电动势的产生时,他是通过“洛伦兹力对电子产生作用而导致电流出现”来解释的。可是在解释感生电动势的产生时,他又继续使用了相互激发涡旋场的理论,因此让这种本质解释陷入死胡同。
更何况,怎么解释洛伦兹力的本质呢?
因此,我觉得电和磁缺乏最基础概念的铺垫,而让本质解释出现无法逾越的障碍。另外,对于“力”这个概念的本质,虽然我在学习牛顿经典力学时就已经心生疑虑了,但是直到电磁学中才发现必须要去有所解释。好了说了那么多废话,作点现代物理理论的铺垫,然后该说说我自己的猜想了。

首先我要感谢大刘(刘慈欣)的长篇小说《球状闪电》。书中提出了一个很狂妄的理论:所有物质,所有客观存在,都是空间扭曲的表现。
这个假想很狂,因为好像逾越了很多东西,把一切的事物的基础说得那么简单。对于这个说法我开始是部分接受,像我在上一篇《场》的文章中所说那样。可现在我隐隐觉得这说法是对的,如果爱因斯坦相对论能把重力场的产生归为空间扭曲,那为何电磁不可?为何万物不可?于是我有了自己的观点:
电、磁都是某种空间扭曲结构的表现,而电磁间相互涡旋场的激发,则是这种结构性质的体现。

现在我碰到一个很大的难题,是数学上的。我想象不出怎么样的空间扭曲结构,可以符合目前电磁的现象。而且,我觉得这结构是四维的,也就是在三维中凭空地想想画画是弄不出来的。这个结构要符合一个明显的现象,就是“空间扭曲结构呈线性铺展时,可以通过空间相互作用的某种关系,导致周围呈涡旋状的同类结构产生”。
你看得出,我用了相当多的“某”。因为我没办法,我跟辉辉讨论过“力”的本质,我说空间该是一种特殊介质,有弹性,所有“力”都是这种弹性的反映。然后辉辉笑着就把我驳死了,说弹性是啥?弹性产生力是啥?是经典力学的描述吗?
的确,我是在用经典力学解释经典力学的本质。
所以我只能说“某”,“某种关系”,“某种结构”……想到这里就TMD的烦了,觉得爱因斯坦、玻尔、普朗克通通地活得不应该,既然当年能有这么出色的如“空间扭曲”、“用概率描述世界”之类超级的开创性想法,那为何对空间本质没法提出开创性的见解呢!!555555……
所以我迫切地觉得人类必须对时空有更基本的概念定义和描述,才能在具体的电和磁本质,乃至四大基本力的统一上取得进展,否则,我想我永远也只能停在这“最初步”吧……