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电场与磁场的关系 摘要 场是什么？物理中的场指的是物体所具有的属性。场不是物质，而是物质发生作用的范围或空间，场只能存在于物质的周围，不能脱离物质而存在。电场是电荷产生的，是带电粒子的固有属性，没有电荷就没有电场，而磁场是带电粒子的运动产生的，它是电场的运动效应，没有电场就没有磁场，没有电场与观察者的相对运动也没有磁场，麦克斯韦方程只是用数学方法对电场和磁场进行描述，并没有描述电与磁的物理过程。 1. 场是什么？ 场，本义是指平坦的空地，筑土为坛，除地为场。在数学上是指一个向量到另一个向量或数的映射，在物理中，指某种空间区域，具有一定性质的物体能对与之不相接触的物体施加一种力。通常用力线表示，力线密集的程度代表力的强度和该区域场的大小。 1.1. 场的概念变迁 物理中的场，最先是法拉第为描述电的相互作用和磁的相互作用而引入的一个辅助形象概念，描述电的相互作用时，法拉第用一些“力线”来表述电力的作用性质。这些“力线”的性质就是法拉第“电场”的性质。对于磁力作用，法拉第同样也以“力线”的特性来表示，并称之为磁场。后来场的概念又用来描述其他的物理现象。如温度在物体内部的分布。人们把物体内部的温度分布描述为坐标和时间的函数。流体的速度分布也可以描述为速度“场”，这里“场”是一个描述某种物理规律在一定空间中分布的数学函数，是一种描述物质内部物理规律的数学手段。 把“场”看成是物质的一种表现形式是麦克斯韦电磁理论诞生以后的事。麦克斯韦从理论上证明了电磁场的存在，人们就认为电磁场也像温度场和速度场一样要借助于介质来传递，而这种介质就是以太，但人们用各种实验来检验“以太”的性质并证明它的存在，但最终以迈克尔逊-莫雷实验否定了以太的存在。最后人们只好假设电磁场本身就是物质，它的传播不需要任何介质，但这种假设不一定正确。 1.2. 场与物质的关系 场是物质吗？这是一个物理学界甚至哲学界争论了200多年的老问题，到目前也没有统一答案。本文认为：场不是物质（如果场是物质，必须说明它是什么物质），而是物质发生作用的范围或空间，场不同于物质，但也是一种实在。场的实际内容是一定范围内的物理作用，实物和场是不可分割地相互联系而存在，场只能存在于物质的周围，不能脱离物质而存在。物质能够独占空间，具有排他性，而场可以在任何空间进行无限制叠加，即使是完全不同性质的场。 1.3. 场的属性 场是物质与生俱来的属性，不存在传播速度的问题（没有传播速度或者传播速无穷大），是一种超距作用。例如，带电粒子是一种物质，它的周围就存在电场，这个电场是带电粒子与生俱有的，因此，它对另一个带电体的作用是直接给予的，不需要中间物质传递，也不需要时间。在量子力学中，认为光子是传递电磁相互作用的基本粒子，但光子是什么？是从哪里来的？又是如何传递相互作用的？谁也说不清楚。 引力场是任何具有质量的物体所具有的属性。引力也属于超距作用，例如，在日食发生时，地球受到太阳和月亮的引力方向连成一线，它们对地球的潮汐作用会叠加，达到最大，但是，每次发生日食时，我们测量潮汐作用引力最大的时间，并不是日食发生的时间，而是退后大约40秒，与地、月、日实际连成一线的时间几乎同时。如果引力的传播速度是光速，那么地球上潮汐最强的时刻应该会提前40秒才对，但实际情况却不是这样，这说明，光的传播需要时间，而引力的传播却几乎不需要时间！在牛顿模型中，引力瞬间传播：一个大质量物体施加的力直接指向另一个物体的当前位置。例如，尽管太阳距离地球500光秒，但牛顿引力描述的是地球上的一个力指向“现在”太阳的位置，而不是500光秒前的位置。将“光传播延迟”加入牛顿引力中会使轨道不稳定，导致预测与太阳系观测明显相矛盾。天文学家在利用牛顿定律计算星球之间的引力时，不论两个星球之间的距离有多远，都无视引力的速度问题，把引力的传递当成瞬间的，这样做也从来没有出过问题。 科学家们通过脉冲星扫过地球的周期变化，可以知道地球在宇宙空间中的位置变化。无论采用哪个脉冲星计算，得出的结果都是：地球受到太阳的引力方向是指向实际太阳的，这就等于说，地球与太阳之间的引力传递几乎是瞬间的，而牛顿本人则认为两个物体之间的引力是瞬间传递的，也就是说，引力的速度是无穷大。这说明了“引力的速度是光速”的假设不成立，据估计，引力的速度至少超过光速1亿倍（本小节内容部分摘自《大科技杂志社》引力的速度真的是光速吗？）。 1.4. 小结 物理中的场指的就是空间，是具有某种物理属性的空间。场不是物质，是物质发生作用的场所。场不需要传递，它是物体固有的属性，是与生俱有的。场依附于物体，没有物体就没有场。 2. 电磁场是什么？ 1861年，麦克斯韦在它的“物理力量线”中，认为磁场强度H直接等于纯涡度（以太的旋转），而B是加权涡度，对涡旋海的密度进行加权，磁导率μ是（以太海洋）密