电磁理论与原子论之五

                                                          ——地磁与电磁能量的起源

                                 ——地磁与雷电能量的起源(修改标题日期为2000.5.12)

志勰

〈一〉电的作用的另一种形式——电波

 

1〉电的作用沿空间传递的另一种形式

    在传统的物理中,通常将电场的变化引起磁场的变化而形成电磁波看作是电能在空间中传播的唯一的一种模式,对此将光子在空间中传播的电能、磁能的形式定义为电磁波的形式。

    通过电的作用力线对电流的变化而形成空间的磁场的变化的描述中,我们看到电流的变化所引起的电磁能在空间中传递归之于电流对空间的作用,其描述和电磁波的描述方法对于相互作用的结果具有等效性,这里,我们探讨电的运动所形成的电能在空间中传递的另一种作用形式,您将看到,这种作用形式的本身并没有磁能的传递。

    1、电的作用在空间中的传递

   准备几个球型的导体,我们将他们和外界绝缘并相隔确定的距离,如图:

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    如果我们给金属A带上一定量的正电荷,则由于静电感应,在金属B靠近金属A的一侧,则感应出一定的负电荷,在另一侧,则感应出正电荷。同理,金属C上,电荷仍以这种状态分布。

    如果在金属A上链接上电源的正极,在金属E上连接上电源的负极,则在金属B.C.D上的电荷仍仍存在以上所述的状态。通常我们将这种现象归之于静电引起的静电感应现象。如果在金属A.E分别加以交流电源的两端,经验事实会告诉我们,导线中将有电流流动。

    采用电的作用力线对这一现象进行描述,和采用静电场对这一现象描述,其结果是等效的。都是电荷通过空间将电的作用施加在其它电荷上。

   2、在如上的描述中,空间电的作用的传递方向是沿着电流的运动方向、几个导体的排布方向。对于静电场,我们可以通过金属A上的静电场施加给金属B上的电场强度来计算金属B上感应电荷的数量。采用电的作用力线的方法与此是等效的。

    如果金属A上的静电荷变化是缓慢的,则金属B上感应电荷的变化也是缓慢的。

    如果金属A上的电荷变化是由施加在金属A上的电源引起,那么,电荷的运动产生的磁场是垂直于电荷的运动方向,可以认为,金属A.B上电荷的变化不是由金属A电荷运动形成的磁场引起,而主要是金属A上的静电荷对外的作用引起。

    另一方面,如果金属A上的电荷变化是缓慢的,那么,电流变化形成的磁场将是非常微弱的。

    那么,我们可以认为金属B上电荷在金属B上的分布是由金属A上的静电场引起,并由金属A上的电荷所产生的静电力来维护金属B上电荷的分布状态。

   3、金属A上的电荷变化会形成它施加在金属B上的电的作用力线状态的不同,这一点是通过金属A上电荷分布状态的不同来实现的。由于我们找不到合适的方法来对金属A上的电荷的分布状态的变化实现单位时间变化的测量,已确定它对足够远处的电荷产生的作用。对此,通常存在两种途径:

        一种是增大金属A上电荷分布状态在单位时间内的变化率,这一途径由于受到导线产生的磁场将阻碍这一电流的变化,在更广的意义上来说,这将使这种实现途径受到限制 。

       另一种方法是提高对金属B上电荷分布状态检验的精确性。由于金属A上的分布状态和金属B上电荷分布状态间相互作用的关系,根据库仑定律,电荷给与它以外电荷的作用同距离的平方成反比。这仍然给检验带来一定的困难。

       另一方面,我们还要排除掉电流的变化所产生的磁场的变化对这一效应的影响。

    4、在电磁波中,我们发现电流将会在和它垂直的方向上产生磁场,变化的电流会产生变化的磁场,并产生对其它电荷的作用。

    现在,我们发现电流形成电荷的变化仍然会对电流方向的电荷产生作用并可以通过空间进行传递。

    我们知道,电流的运动和电荷的运动,两者是等效的,对外界的作用是否存在等效性呢?

    对于电荷,其作用力线的特点我们可以采用它的某一存在状态来描述它的作用力线的分布特点。对于孤立电荷,可以采用这一电荷的运动状态:即和它惯性参照系相对应的状态来对其进行描述。

    电荷运动状态的变化可以看作是电荷由一种惯性状态到另一种惯性状态的一种过渡。

    电荷运动状态变化的大小我们可以采用电荷速度的变化率来进行描述,它指一个单位电荷在单位时间内速度变化的大小。我们知道,一个电荷在加速过程中所发射的电磁波的频率与电子的速度变化率成正比。

    5、这样,我们就可以采用新的描述方法来对电荷间运动变化引起它对周围空间的一种新的作用进行描述。

    沿运动的方向,一个运动变化的电荷产生对其它电荷的影响,作用强度采用库仑定律的形式,即:遵守平方反比定律。

    沿运动的方向,一个运动变化的电荷产生对其它电荷的影响,可采用荷速变化率,施加作用的电荷和被施加作用的电荷间的作用同荷速变化率成正比。

    由于电子只有质子质量的1/1836,所以在质子、电子的碰撞过程中,电子所给予的这种作用就要比质子给予的对外的作用就是大1836倍。

2〉太阳对外空间作用的特点

    基于如下的假设:

    太阳是由高温物质粒子组成,并且相互间在不断的发生碰撞。物质粒子主要是由大量带电粒子构成,主要有带正点的原子核和带负电的电子及基本粒子。

    带电粒子的剧烈碰撞,会对外提供三种作用:

    第一种作用是沿带电粒子速度变化方向的垂直方向,产生传统物理科学中所说的电磁波的对外作用。

    第二种作用是由原子核和电子相互作用,产生原子所发的光。即:原子光谱。

    第三种作用是有电荷间的碰撞引起,沿碰撞的直线方向。

    由于太阳中电子的质量很小,运动速度很高,在碰撞过程中荷速变化率最大,因此,在各种带电粒子对太阳外空间的作用中,电磁形式的对外作用主要来源于电子的运动变化。

    它对外作用的结果是使电子趋向于太阳运动,或者使正电荷远离太阳。因此,逃逾出太阳的带正电的粒子会被太阳中的这种作用不断的加速而远离太阳。同时,太阳外层空间的带负电的粒子,由于太阳的这种作用,而不断向太阳加速运动。

    (采用电的作用力线已经作了很多这方面的描述,这里不再重述了,您可以根据电荷间运动变化过程中相互作用的关系稍加分析即可得到这一结论。)

〈二〉雷电能量的起源

3〉地球表面积被大气包围,外层气体由于受到太阳光及高能射线的作用,气体会被电离。根据如上的分析,一个最直接的结论是地球表面积最外层空间的气体将由带正电的粒子构成。由于电荷间作用力的存在,外层空间带正电的粒子气体将会弥散在整个地球外表面。同时,地球外层空间的电子,由于受到太阳的作用当存在合适的条件时电子就远离地球,这样,地球中的电子就会不断的逃逾。

    (这一点我也很怀疑,因为如果真是这样的话,那么物理学中的另一个定律——电荷守恒定律将不能成立。但对物质间相互作用的分析,其结果应该是这样。不论正确也好,错误也好,让大家去考虑)

    地球外层空间带正电荷的气体普遍存在,一旦由潮湿的气体在外层空间形成对流时,会将大量带正电的气体传入大气层内,如果地球内层空间的空气足够潮湿时,空气介质将会被击穿,形成云层与云层之间、云层与地面之间大规模的放电,即雷电。

〈三〉磁场的起源

4〉非惯性参照系电荷的运动

    关于沿直线运动的电荷,所属非惯性参照系,我们已对此作了定性的探讨,这里主要探讨与电磁有关的物质运动变化形式。

     〈1〉通过太阳对外作用的分析,我们知道太阳对地球表面气体的作用趋向于在地球大气层表面形成一个主要由带正电荷离子的电离层。地球表面本身的自传运动,会使这一带正电的离子层会对大气层外空间中的某一点产生磁场,同时,也会对大气层内空间某一点产生磁场。

    〈2〉参照系的选取

     对某一物理事件在空间中的运动变化,首要的问题是建立一个参照系,对于惯性参照系,我们可以选取任意惯性的参照系作为参照系。对于非惯性参照系,我们要选取便于分析的参照系作为选定的参照系。

    对于非惯性参照系,常规有两种参照系可供选择。

    第一种是选取惯性参照系作为选定的参照系。根据惯性参照系,我们可以得到非惯性参照系的行为规则。如:采用惯性参照系对一维匀加速运动处理,对物质运动变化过程距离对时间一次微分可得到物体的运动速度,二次微分则得到加速度。这种方案使人们已经习惯的选择方案。

    第二种是选取非惯性参照系作为选定的参照系。这样,选定的参照系与我们所研究的参照系可按确定的方案处理。如两个非惯性参照系当作同一个参照系处理,物质的属性和静止参照系物体的属性没有区别。关于这一问题,您可参阅广义相对论。

    除了如上两种选择方案之外,还存在第三种选择方案,这是电磁领域与机械运动所不同的特点。我们可以选取非惯性参照系中两种不同运动状态的变化率。虽然在方法上还没有明确这种选择方案,但在人类社会实践中已经在大量的应用这一方案。

   〈3〉地球在绕自传轴不停的转动,地球外层空间的大气也会以一定速度围绕地球运动。那么,地球外层的正离子同样也会以一定速度围绕地球运动。

   如图:

    如果我们以地球表面一点为参照系,来进而考察地球和电荷在运动变化过程中存在的相互作用关系。

    假设地球的大气和地球处于一个静止的状态,外层空间中的气体和地球是一个球体,可将它们当作一个圆球处理。实际上,由于地球上的空气是运动变化的,地球外层的空气不可能是相对于地球是静止的。这只是一个近似处理的方法。

    如果我们按常规将我们所在的一点当作惯性参照系静止的零点,那么,地球外层空间的带正电荷的气体相对于我们是静止不动的,这样处理的方法也是不合理的。

    由于地球是一个自传的球体,地球外层空间和地球表面都处在一个非惯性参照系之中,我们不能采用惯性参照系对这一问题进行处理。

    普通常用的方法是将地心作为的惯性参照系静止的零点。计算地表的运动速度和地球外层空气的运动速度。然后建立两种运动状态间相对运动状态间的关系。如果我们采用常规能量的关系(物理学中的能量单位——力与作用距离的乘积或者质量与速度平方乘积的二分之一)进行考察不同参照系间相互作用的关系,那么,由于能量的普适性,不同参照系间的能量或者相互作用,我们必须加上速度的标志,这是很不方便的,这就必须建立两种参照系间的关系转换。>

    这样的方法也是不可取的。当然,传统物理学中的电磁间相互作用的关系   

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与机械运动中的关系是不同的,可以说是完全分开的两个系统。其间的相互作用形式采用电磁间的相互作用形式、相互作用规律去考察,这样的结果并不是很好的。

    由于电磁相互作用间存在的规律有这样一个特点,其相互作用仅和两个系统的运动状态有关系。对此,我们可以采用两种运动状态之差对此进行描述。

    地球表面和地球外层空间的带正电荷的气体,都在围绕地心旋转,我们只要计算出地表和运动的电荷在其旋转切线方向的速度之差就可以对其进行描述了。一个电荷产生的磁场与这一速度之差的数值成正比。

    在实际的计算中,这样的计算误差是很大的,这是由于这种描述方法只是便于说明这一原理而作的简单的说明,是一种近似处理的方法。

   〈4〉根据运动电荷产生磁场的原理对地球外层空间正电荷的运动产生的磁场进行判断,就会得到地球的磁场。

    这一解释的方法是可以进行检验的。

    如果地磁来源于地球而不是地球外层空间运动的电荷,那么,地球的磁场与地球的运动及地球外层空气的运动无关。

    如果地磁是由本文中所说的原因引起,那么可以采用如下的方法对其进行检验:

    即:1、检验地球大气层内空间中的磁场方向和地球大气层外部的空间的磁场方向。

        如果我们采用飞行器对地球外层空间的磁场进行检验,那么绕地球外层空间沿A、B不同的运动方向或者沿A、B任意运动方向而采用不同的环绕速度。那么,会存在磁场方向的分界点。即:随检测的方式不同,磁场方向会发生变化。

        2、检验地球内层空间磁场的强度,会随检测器在地球内层空间沿电荷运动方向,不同速度的不同而不同。

  〈5〉对地球磁场进行如上的解释和地磁场变化的规律是吻合的。

     如:太阳的存在状态的变化会引起地磁场的变化、白天和夜晚地磁场会发生变化、日食月蚀也会引起地磁场的变化等。

  〈6〉针对有兴趣构建这一理论的朋友,在这里特别说明一下,这一理论我也对此存在怀疑,怀疑它的正确性,但同时,逻辑上似乎又没有问题。它将导致如下两个定律不能成立:

一、电荷守恒定律不能成立

二、动量守恒定律不能成立

 

志勰于

2000年2月15