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磁场与力:磁极生成电场的发现

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:德马立克发现,这些磁场线相会于磁石两端,就好像地球的经线相会于南极与北极,因此,他称呼这两个位置为磁极。1821年,法拉第重复了奥斯特的实验,发现电流对磁极有横向作用力。该理论甚至能够正确预测储存于磁场的能量。1831年,法拉第证实,变化的磁场会生成电场。关于电场与磁场本质问题的研究仍在持续,甚至还有人在为发现磁单子[1]而努力。确切地说,电场是以太海的特殊状态,磁场也是以太海的一种特殊状态。

磁场与力:磁极生成电场的发现

电场相同,在现代物理学的体系内,磁场同样是一种看不见、摸不到,但在磁现象中起作用的特殊物质。

先看看人类是如何发现并开始研究磁现象的。

中国古代四大发明之一的指南针就是利用磁现象制成。《吕氏春秋》已经记载了“磁召铁”的现象,汉代以前的人把磁石看成是铁的“母亲”,把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引,因而磁石被写成“慈石”。

在西方,法国学者德马立克在1269年仔细标明了铁针在块型磁石附近各个位置的定向,围绕这些记号又描绘出很多条磁场线。德马立克发现,这些磁场线相会于磁石两端,就好像地球的经线相会于南极北极,因此,他称呼这两个位置为磁极。

1600年,英国医生吉尔伯特的著作《论磁石、磁体和地球大磁石》开创了磁学这门科学。1644年,笛卡尔在《自然哲学》中也对磁现象进行了描述。

等到1820年,现代磁学研究开始了。先是丹麦物理学家汉斯·奥斯特发现通电导线会施力于磁针,使磁针转向,由此电与磁的研究被结合在一起右手定则也被发现。

在奥斯特研究的基础上,法国电学家安培发现,对于两条平行放置的导线来说,如果其内部电流的方向相同,它们会相互吸引,如果电流的方向相反,则会相互排斥。紧接着,法国物理学家让·巴蒂斯特·毕奥和菲利克斯·萨伐尔共同发表了毕奥—萨伐尔定律,用以计算在载流导线四周的磁场。

1821年,法拉第重复了奥斯特的实验,发现电流对磁极有横向作用力。根据这个特点,第一台电动机被发明,实现了电能向机械能的转化。

1824年,西莫恩·泊松发展出一种能够较好地描述磁场的物理模型。泊松认为磁性是由磁荷产生的,同类磁荷相排斥,异类磁荷相吸引。他的模型几乎套用了静电的模型——磁荷产生磁场,就如同电荷产生电场一般。该理论甚至能够正确预测储存于磁场的能量。(www.xing528.com)

泊松的理论虽然能预测一些磁力现象,但也有明显的瑕疵,尤其是人们无法找到单独的磁荷,无论把磁铁怎样切割,都无法得到单独的磁荷。

1825年,安培发表了安培定律,该定律也能够描述载流导线产生的磁场。更重要的是,它为整个电磁理论的建立打下了基础。

1831年,法拉第证实,变化的磁场会生成电场。其实验结果展示出电与磁之间更密切的关系。

然后就到了1865年,麦克斯韦整理了已知的电磁学公式,发展出麦克斯韦方程组。最初的麦克斯韦方程组并不是后来被精简后的形态,但总归是麦克斯韦将电学、磁学甚至光学在理论上统一起来。当然,在麦克斯韦看来,自己的这些工作是对“电磁以太”的解释。

在现代物理学中,如果按经典电磁学的思路,运动的电荷会造成磁场。但在量子场论中又有不同的认知——万物皆场,场即粒子,电场与磁场都是虚光子造成的特殊效应。关于电场与磁场本质问题的研究仍在持续,甚至还有人在为发现磁单子[1]而努力。

而在“物质以太”假设下,万物都是以太,当我们分化出两种以太元素、三种以太结构以后,磁场跟电场一样,也是一种能被清晰认知的物理现象。

确切地说,电场是以太海的特殊状态,磁场也是以太海的一种特殊状态。

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