电磁场是光子群，光子的带电量为0，所以，光子群不能直接产生电磁或磁场，也不能反过来受它们影响

凡是既能产生电场或磁场又反过来受它们影响的物质，我们称之为带有电荷。电磁场是光子群，光子的带电量为0，所以，光子群不能直接产生电磁或磁场，也不能反过来受它们影响。

从现代物理的观点看，所谓相互影响或相互作用（没有单方面的影响或作用，一定是相互的）总是通过媒介物质来实现的（在实质上是没有直接相互作用的东西）。比如，带负电荷的电子之间的电磁斥力实际上是这样发生的：每个电子都在不断地向四面八方发射各种各样的虚粒子（注意不是实粒子），同时又在一定的时间内回收这些发出的虚粒子（这满足著名的海森堡测不准原理），回收时不全是它自己发射的，还有别的电荷发出的，如此，它就与别的电子交换了虚光子，这样两个电子之间就表现出相互远离——排斥。（如果交换的是虚引力子，那么两电子间就会表现出相互吸引的万有引力。其实，这两种交换同时进行，只是电力比引力大得多，总的来说还是排斥）

电场或磁场在本质上是一大堆往返穿梭具有某种共性的虚光子群，而电磁波是实光子群，没有迹象表明光子会直接发射别的虚粒子来作为光子之间的媒介物（理论上引力子是可能的，但那即使真有，也极其微弱），至少低能光子不会（极高能光子可以通过虚正负电子对等而相互作用），所以，光子之间不会相互作用，所以，电磁波不受磁场、电场影响。

平面偏振电磁波不是直接穿过磁场，而是穿过在磁场中的某个透明物质后偏振面才发生转动的。这样，磁场也不是直接影响电磁波，而是先使那块透明物质中的电子发生进动，从而改变了这块物质对左旋和右旋偏振光的折射率，这样才影响到在其中传播的线偏振光的偏振面。所以，磁致旋光效应只是磁场通过原子中的电子作为中介而对电磁波的间接影响


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书1 3.5 引力场、力学波、引力波及其与电磁场和波的比较
宋文淼 （[e-mail]）　上传2007.10 浏览66




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《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》
第三章 宏观力学中的数理逻辑问题

§ 3.5 引力场、力学波、引力波及其与电磁场和波的比较

引力场是人类观察自然界的第一个有限论域，并在这上面建立了第一个逻辑自洽的物质运动理论体系，这就是牛顿的力学体系或者称为经典物理体系。在这以前，主要是古希腊时代，人类还只是处于积累直观经验和建立科学理论规则的探索期。由于人类活动的局限性，人类还没有能力精确的观察和描述物质运动的手段。所以在那时候的科学体系中，人类还没有掌握时间这一物质运动运动中的基本因素与物质运动关系的描述方法。所以只有物质静态图景的积累而没有关于物质运动的正确描述。在这种情况下，物理世界几乎与几何空间的图景相同。这种以空间特性来描述物质运动形式，是人类探索物质世界运动规律过程中不可能逾越的阶段。牛顿理论是人类历史上第一个以人类直接经验为基础的物理理论体系，即第一个在有限论域内有自洽数理逻辑理论体系。那么应该怎样来界定牛顿理论体系的有限论域呢？一般说来有限论域的界定就是关于理论适用的时、空和物这三个方面所作的限制。但是在理论体系中这些时、空和物的因素往往是相互制约的，使得真正限制理论体系的因素变得迷离扑朔。 但是有一个限制条件是极重要的而又常常容易被忽略的，这就是空间必须大于中性粒子的最小范围。 牛顿理论还有一个对于物质性质的限制，这就是刚体，物质不随运动的改变。 在牛顿原始的理论中没有强调对最小空间所作的限制，往往作只有质量没有大小的质点假定。这种假定可以减小计算的麻烦，但是带来很多物理上的麻烦。其实这种假定也是当时的数学能力限制所不得不采取的办法。现在造成这种困难的数学原因已经没有了，所以要强调对最小尺度的限制。对于牛顿理论下的物理体系就是具有这一最小尺度的刚性粒子。两个刚性粒子之间距离不能小于这一尺度。因为一达到这一尺度就要发生碰撞。 牛顿理论对于刚体的碰撞不能给出运动过程的描述，而只能给出碰撞前后的两个运动状态的关系作为一种对最小尺度的边界界定。这就是牛顿第三定律和由此推导出来的碰撞前后的动量守恒关系。 有了这一最小尺度的限制我们就可以把经典理论扩大为宏观理论，宏观理论不必再有刚性的假定，即容许物体可以碰撞、变形，即物体的外形可以随时间作一定范围的变化。没有了这一假定，力的关系就会改变，这就是除了引力外外有涡量所产生的有旋力，牛顿的第三定律就会改变，质量仍保留惯性质量，引力只是力的一部分，因而引力质量就不再与惯性质量完全相等了。但是在宏观理论的范围内还必须保持这个粒子的最小范围限制，也就是说为了总体上保持物体的宏观特性，这种变形必须是可以恢复的。因为如果中性分子一破裂或内部结构发生变化，就超出了宏观力学理论的有限论域。这时候必然要产生比引力场复杂得多的力与作用形式。

在宏观力学的有限论域内，由粒子变形所产生的力称为旋涡力或涡动力，由涡动力产生的波是力学波。由于在宏观力学范围内粒子的变形是可以恢复的，或者说是线性形变的范围内，力学波在其传播过程中与粒子之间只有瞬时的能量交换，而没有时间平均的能量交换。这个力虽然从产生的原因来说也与电磁力有关，但是在宏观理论中可以不研究具体的微观结构，只用几个表征宏观特性的介质参数就可以表示其力学特性。 所以力学波的传播都依赖于介质而又独立于介质。说它依赖于介质是与电磁波的传播相比较，电磁波虽然也可以在某些介质中传播，但它在真空中可以更好地传播，而力学波一离开介质就很快衰减；说它独立于介质是与引力场相比而言，引力场是有质物质的背景场，不能离开物质而传播，而力学波可以在介质内独立于介质而传播，所谓独立于介质是指波在介质内传播并不造成介质性质的任何改变。

流体力学的方程与电磁场方程组的相似形式，是不是说流体力学与电磁理论的差别不大呢？也对也不对，说它对，就是指它们的方程形式是相同的，所以也可以分离为旋量场和无旋场。说它们的差别主要是源函数的物理特性差别很大，由此造成它们的场与波的特性差别也很大。主要有下面几点：

(1) 引力场的背景物质是电中性物质，所以力学的无旋场 (引力场) 还没有办法对其进行屏蔽，有大范围的可叠加性。而力学波则只能在介质中传播，可以通过真空进行屏蔽。而电磁场是有电性的，在大范围内一般说来正负电基本上都相互中和。所以虽然电的库仑引力在同样的距离内比万有引力要大很多数量级，而库仑力一般只在电子器件或电器内部或大气的云层或电离层内部存在，像太阳系那样的星体之间的空间内反而影响很小。但是电磁波却是在真空中可以传播的，所以它可以充满整个宇宙空间。 所以我们始终认为引力场和电磁波是浩瀚宇宙空间中存在的两种主要的物质。它们在宇宙的运动和发展中应该起很大的作用。 当然在巨大星体内部的物理过程是非常复杂的，我们对此几乎还一无所知。这些我们还不知道的复杂的物理过程当然是星体演化的原因，但是那些我们已经熟知的引力场和电磁力在星体以外的广袤宇宙的物质运动中仍然应该起着主要的作用。

(2) 电磁场存在频率为零的旋量场 (即静磁场) ，静磁场存在大范围的可叠加性。由于电是有极性的，正负电可以在一定条件下分离并产生定向运动，如地球的电离层，地心的熔岩层中都可能产生电的极性分离，这种分离的电偶极子随着地球的转动就可以产生磁场，这种磁场就是旋量场中的频率等于零的“静”磁场。把它叫做静磁场，与把库仑场叫做静电场一样，是历史上留下来的叫法，实际上场也是一种物质，任何物质都是运动的，没有绝对静止的。它们的特点都是频率为零，空间内没有相位变化。为了习惯起见我们仍把它称为静磁场。所以电磁场中的静磁场具有大范围的可叠加性。在地球外层空间能够产生相当大的静磁场。力学场的源是电中性的，它的物质流到底能不能产生类似磁场的引力磁场，在理论上是一个问题，但是到目前为止我们还是没有看到任何关于与磁场对应的引力磁场存在的任何实验证据。如果有引力静磁场的话，像太阳、地球那样巨大星体的自旋运动应能产生相当大的引力磁场，而且应该是相当稳定的，现在没有发现任何这一类场存在的证据，说明这类场即使存在也是很小的，这与真空中不能传播力学波是一个道理。现在广义相对论中为了与电磁场方程相对应，引入了引力波，即能在真空中传播的力学波，但是也没有任何实验验证。也就是说，这种引力波即使存在也是微不足道的，而所有的介质中的力学波从本质上说也是引力波的一种，只是它是由粒子结构的形变所产生，本质上与电磁力有一定的关系。

(3) 在现代物理理论中引力场与电磁场的整合是一件最麻烦的事。而宏观理论中电磁场与引力场在理论不存在任何矛盾，它们是独立的物质存在形式，在理论上可以相互借鉴，在复杂系统的物质运动过程中也可以相互作用，并没有任何逻辑上的困难。在宏观理论中常常有这两种场同时出现的情况，虽然由于宏观理论中物质运动的复杂性，要精确计算是很困难的，但是并不存在数理概念上的困难。例如任何一次宏观系统的强烈的冲击过程，都会既出现物质的破裂和非线性形变所产生的电磁波和线性形变所产生的力学波，他们总是不可分离地同时出现的，每一次地震、雷电、飓风不论发生在天空、海洋还是地层，总是声电交加，电磁波与力学波总是同时出现。在人类观察的范围内自然界的几乎所有自然现象都是电磁力与宏观力 (引力与涡力) 结合的现象，虽然要精确描述它们还很困难。那只是因为这些不由人所控制的运动过程的条件太复杂了，而不是在数理概念上有难以克服的困难。在人工控制的工程和技术科学中，情况就不一样了：现在压力与电磁之间的变换，声表面波与电磁波之间的变换都已经成为成熟的功能器件；在电磁波遥测中，特别是在全球定位系统中，宏观的实体物质运动与电磁波的传播结合在一起应该可以精确计算出时间和空间位置，在这些工程技术科学的范围内当然也会遇到大量的科学上的问题，但是到现在还没有发现过由于时间和空间的逻辑界定所造成的困难。或者像有的科学家所说的，到今天为止所有的实际工程和技术成就，都是在三维空间中获得的。现代物理中，引力波与电磁波整合困难的原因，在我们看来可能是由于四维时空中的常数 c所造成的。因为在宏观力学范围的物质运动中，实在看不出与常数 c有什么物理上的瓜葛，因为那里的物质运动过程主要都发生实体物质的内部，用宏观理论的语言来说，都发生在介质中，这时，连电磁波 (包括光) 也不以c 传播，更不要说力学波了。只剩下一个还从来没有发现过的与介质无关的引力波可以假定它以 c传播。实际上往往只有人类还没有直接观察到的或观察还不可靠的那些东西才能满足某些人为的假定！所以科学理论的发展往往需要从一些假定开始，到其中某些假定被否定而告一段落。又有新的假定出来试图建立新的理论体系。一个新的科学的诞生总要伴随一些假定，没有假定就不可能打破逻辑框架的自闭性。否定一个曾经辉煌过的理论中的一些假定，也是必然的事，否则科学就不会前进了。这种否定是科学发展的必须，并不是对这个历史上出现过科学理论的全部否定，而是继承基础上的否定。更不是对那个科学家的否定。但是正像爱因斯坦本人所说的那样，当一个理论曾经在一个历史时期占据过主流或甚至统治地位的时候，许多并不是科学的因素都会依附于这一科学的光辉之下，形成一种顽固的力量。有时候也确实需要一些有力的冲击，才能打破那种顽固的僵化！历史最后将会做出恰如其分的结论。

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2009.06.05　砂、水分流——虹吸排沙的设想 12.01KB
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2008.09.28　书4.1.3.2牛顿物理框架与力学 23.99KB
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2008.05.01　书4.1.3力学——关于物质、运动与相互作用的科学 15.2KB
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2008.04.21　书4.1.2 电动力学与电磁场理论 6.8KB
2008.04.21　书4.1.1.4牛顿理论框架的数学体系 6.39KB
2008.04.21　书4.1.1.3牛顿的时空观 13.37KB
2008.04.21　书4.1.1.2牛顿力学模型是一个没有结构的物质模型 14.14KB
2008.04.21　书4.1.1.1 人类认识物理世界的历史过程 20.16KB
2008.04.21　书4.1.1 牛顿力学 1.14KB
2008.04.21　书4.1 经典物理学 4.21KB
2008.03.30　让科学之风吹遍人间（《自然科学体系梳理》第二版序） 14.34KB
2008.01　文2.1 学习张志杰，一生做社会与科学的义工 10.21KB
2007.12　书4 前言 20.63KB
2007.11　书3 2.1.1 逻辑思维和形象思维 4.24KB
2007.11　书3 2.1 数字、运算与“数字”概念的扩展 8.68KB
2007.11　书3 2 关于数字、运算和数学的逻辑体系 3.47KB
2007.11　书3 1.4 逻辑的自洽性和自闭性 11.04KB
2007.11　书3 参考文献 2.39KB
2007.11　书3 4.4 小结——关于什么是真实知识的讨论 11.29KB
2007.11　书3 4.3 关于氢原子光谱讨论 12.53KB
2007.11　书3 4.2 现代数学发展中的数理逻辑问题 13.85KB
2007.11　书3 4.1 数理逻辑框架的探讨 5.25KB
2007.11　书3 1.3 数理逻辑体系 7.23KB
2007.11　书3 4 数理逻辑——人类思维发展的新阶段 2.92KB
2007.11　书3 3.4.4 理论物理学发展的正确方向 8.82KB
2007.11　书3 3.4.3 量子现象的物理内涵 4.29KB
2007.11　书3 3.4.2 波粒二象性不是一个科学的物质模型 6.28KB
2007.11　书3 3.4.1 关于相对性原理的讨论 6.73KB
2007.11　书3 3.4 关于“波粒二象性”和量子模型 3.63KB
2007.11　书3 3.3.4 关于宇宙常数 3.6KB
2007.11　书3 3.3.3 电磁波的数学体系和数理逻辑 4.53KB
2007.11　书3 3.3.2 牛顿粒子说的实质是什么 7.28KB
2007.11　书3 3.3.1 牛顿物理框架中的数理逻辑体系 5.32KB
2007.11　书3 1.2 关于逻辑前提或逻辑基元的讨论 8.23KB
2007.11　书3 3.3 关于物质的逻辑前提 1.66KB
2007.11　书3 3.2.4 关于无限大域下的函数和函数空间 7.65KB
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2007.11　书3 3.2.2 时间与空间的相互联系性 8.22KB
2007.11　书3 3.2.1 时间逻辑前提的物理实在基础 6.26KB
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2007.11　书3 2.4.4 科学思维的发展道路 8.23KB
2007.11　书3 2.4.3 唯心主义和唯物主义 10.25KB
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2007.11　书3 2.4.1 哲学与逻辑学的关系 3.1KB
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2007.11　书3 2.3.4 数学逻辑与数理逻辑 6.7KB
2007.11　书3 2.3.3 关于无限问题的数学逻辑 3.39KB
2007.11　书3 2.3.2 从幂运算到复数与复数运算和复数空间 9.67KB
2007.11　书3 1 关于逻辑学和哲学的一般讨论 6.5KB
2007.11　书3 2.3.1 幂运算与实数空间理论 7.23KB
2007.11　书3 2.3 关于运算和无穷概念的讨论 2.66KB
2007.11　书3 2.2.4 从幂运算和极限建立实数空间概念 13.65KB
2007.11　书3 2.2.3 关于现代数学的逻辑悖论和逻辑体系的探讨 10.04KB
2007.11　书3 2.2.2 牛顿时代的是怎样解决这些问题的 15.62KB
2007.11　书3 2.2.1 十九世纪数学家是怎样建立“实数空间”的 11.01KB
2007.11　书3 2.2 关于实数和实数空间的讨论 2.29KB
2007.11　书3 2.1.4 数学发展历史上的第一个逻辑悖论 9.5KB
2007.11　书3 2.1.3 数字概念与运算方法的扩展 4.56KB
2007.11　书3 2.1.2 数字的可运算性 4.99KB
2007.11　书3 前言 15.92KB
2007.11　书3 物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学 目录 3.97KB
2007.10　书2 2.3 亚里斯多德与逻辑学 13.29KB
2007.10　书2 2.2 亚里斯多德关于物质和运动的观念 9.42KB
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2007.10　书2 2 古希腊文化中的物理学 10.39KB
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2007.10　书2 1.1 关于易经的历史传说 5.7KB
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