吳義舉

關鍵詞：場;空間系數(shù);因果性作用力;因果性連接力

1關于電磁波的存在

1.1場的提出

人們早就發(fā)現(xiàn)，地球可以產生地磁場，磁鐵因為場的存在而相互吸引或排斥;小磁針在磁場的作用下總是指向南北;通電的導體可以產生電場，使零散的鐵粉呈環(huán)形排列……從物理學角度來看，這些現(xiàn)象都源于場的作用。

場的概念是英國物理學家法拉第提出的[1]，因為他不滿牛頓對萬有引力是超距作用的解釋。根據(jù)牛頓的觀點，相隔一定距離的電荷與電荷之間、磁體與磁體之間、電流與磁體之間的相互作用都應該是超距作用。但是，法拉第通過很多實驗發(fā)現(xiàn)它們之間的相互作用是直接的，是由于某種物質的存在而產生的相互作用，因此，法拉第提出了場的概念。比如電荷之間相互作用是因為電荷可以產生電場;磁體之間相互作用以及導體對其周圍的鐵粉有力的作用等現(xiàn)象都是因為場的存在。法拉第又引入電力線與磁力線的概念以描述場的分布情況，使空間中的場有了一定的現(xiàn)實意義。

本研究圍繞以下問題展開：（1）電荷為什么會產生電場？電場的本質是什么？（2）磁體為什么會產生磁場？磁場的本質是什么？磁場與電場的本質相同嗎？（3）法拉第所說的力線應該是什么？電荷為什么可以產生“電力線”？磁體為什么可以產生“磁力線”？力線與場從相對存在的本質而言是同一的存在嗎？為什么力線可以作用于場？

1.2電磁波的存在與麥克斯韋方程

法拉第對場的存在只提出了一個概念，沒有實際物理意義，英國數(shù)學家、物理學家麥克斯韋作出了偉大的貢獻。麥克斯韋認為場是存在的，并且電場與磁場是相互聯(lián)系的，只有賦予它們一定的物質內容，并且通過數(shù)學公式精確地表達，才能達到物理理論的高度。于是麥克斯韋找到了方程組[2]：

麥克斯韋從位移電流的思想中推導出：來回振蕩的位移電流會產生不斷變化的磁場，且磁場的磁力線都垂直于電流的平面。根據(jù)法拉第的電磁感應理論，在導體的回路中，變化的磁通量會產生感應電流。這說明導體中存在電場，迫使電荷運動，可以推導出：變化的磁場在垂直于磁場的平面上產生環(huán)繞磁場的電場。麥克斯韋由此推出：變化的磁場也能在其周圍產生電場。

麥克斯韋從理論中得出：如果在空間中某一區(qū)域內產生隨時間變化的電場，就會感應出隨時間變化的磁場;一個隨時間變化的磁場同時也會感應出隨時間變化的電場。電場與磁場相互感應，就會由近及遠地在空間中傳播出去，形成電磁波。

麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在。如果能從經驗上驗證，將會成為該理論的重要依據(jù)。

赫茲是驗證電磁波存在的第一人，他巧妙地設計了一個實驗。要想產生電磁波，首先要有感應電流，他想到可以根據(jù)變壓器的原理來設計。赫茲用一個震動開關接通和切斷初始線圈中的電流，使其產生變化的電流，在鐵芯線圈中的次級線圈會產生變化的感應電流（次級線圈的匝數(shù)越多，電流越強），然后在次級線圈的兩端鑲上小銅球，互相接近但不靠攏，形成一個開放式的電容器，兩銅球空隙的空間被擊穿，形成電火花。當振動開關振動，就會形成變化的位移電流，進而形成電磁波。

赫茲在實驗室的另一個房間放了一個開口的銅環(huán)，在開口處各鑲一個小銅球，作為電磁波的接收器。赫茲認為，如果電磁波存在，當電磁波傳至小銅球時，變化的電磁場會在小銅球上感應出電流，并在小銅球的空隙間產生跳動的電火花。赫茲拉上窗簾后，清楚地看到小銅球間不停跳躍的淡藍色電火花，成功證明了電磁波的存在，也間接驗證了關于場存在的概念。

根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，電磁波的波動方程：

計算出電磁波的速度v=c≈3×108m/s，與光速相同。因此，麥克斯韋認為光波就是電磁波。這一結論略顯武斷。

第一，要知道，電磁波是空間中客觀存在的一種物質，是原子核中電荷的電場與磁場相互作用的結果，也就是說，電磁波產生于原子結構中運動的電荷對電場的作用。如果在空間中傳播的光或極板間的電火花本身就是原子核中運動的電荷的一種存在，電磁波的速度等于光波的速度，根據(jù)經驗，這是自然的事，但它們的存在終究是兩回事。

第二，根據(jù)對光的認識，光具有波粒二象性，即光也具有粒子性。從本質來看，如果電磁波是空間中存在的客觀物質，且是原子核中電荷運動的產物，就與粒子性存在矛盾。

為了進一步證明光波就是電磁波，赫茲做了一系列實驗證明電磁波具有反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象，也就是說，從某個層面理解，電磁波具有光的一切性質，因此認為光波就是電磁波。下面將解釋光波與電磁波的關系。

1.3關于“以太”的問題

人們根據(jù)麥克斯韋的電磁理論認為，電磁波的傳播需要“以太”（麥克斯韋稱其為“媒質”）。但是，邁克爾遜-莫雷實驗的“零結果”否定了“以太”的存在。傳遞電磁波需不需要“以太”或所謂的“以太”應該是什么？下面將作出分析。

邁克爾遜-莫雷實驗的原理：假定“以太”的存在相對于太陽靜止，如果光是電磁波，在“以太”中運動，則因地球自轉而存在相對速度的光程差變化[3]。基于此，可以用干涉儀來檢驗“以太”中相干光的光程差相對于地球運動的干涉條紋的移動情況，檢驗“以太”的存在。

因為地球的公轉速度相比于光速實在太小，不易直接測量相對光速的變化，邁克爾遜-莫雷將一束平行光通過一塊半鍍銀鏡分成兩束，使其中一束順著地球的自轉方向運動，另一束垂直于自轉方向運動，這兩束光是相干的。再通過平面鏡使其反射并相互疊加產生干涉。由于兩束光相對地球的運動速度不同，到達疊加處所需要的時間也會不同，因此，會產生光程差?，F(xiàn)將儀器旋轉90°，使兩束光易位，會使光程差增加1倍，能看到干涉條紋的移動情況。根據(jù)他們的計算結果，移動量應該是條紋間距的0.4倍。但實驗結果是沒有看到條紋間距的移動，成了否定“以太”存在的一個實驗性證據(jù)。

實驗本身并不存在問題，但是從電磁波理論到實驗結果，還有些方面需要探討：（1）光具有很多電磁波的性質，比如速度、反射、干涉、衍射等，假設光是電磁波，然后根據(jù)邁克爾遜-莫雷實驗證明光是電磁波，不需要（媒質）“以太”。（2）從某個層面可以認為“以太”是電磁理論中的基礎物質，是產生電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的實在。

試問有沒有可能電磁波就是電磁波，只是客觀物質的一種存在形式，其速度等于光速，有些性質與光相似;光就是光，并不是電磁波，換言之，光只是一定頻率的粒子。當然，光也有波的性質，存在于產生電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的媒質“以太”中。由此可知，在“以太”中無法看到光粒子的干涉條紋的移動，因為“以太”對光粒子的影響微乎其微，因此，邁克爾遜-莫雷實驗的“零結果”也具有一定的必然性。從邁克爾遜-莫雷實驗中可以粗略地提出兩個可能性的存在：（1）電磁波的存在就是電磁波，而光的存在就是光，而且光具有波粒二象性，兩者是不同形式的存在。（2）空間中存在的“以太”或麥克斯韋所說的“媒質”，是產生電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的基礎，也是更基本的客觀存在。由此可知，以光的干涉條紋的移動現(xiàn)象作為媒介測量“以太”的存在，不會有明顯的結果。

2本研究對電磁波的理解

本研究認為，在屬性空間（本質本性的空間）中，既存在空間系數(shù)（或場），又存在基本粒子或物體（有限且有一定因果性聯(lián)系的獨立實在或個體）[4]?；玖Ｗ訉傩钥臻g的因果性（改變量）作用力：

空間系數(shù)之間存在因果性作用的改變量（或因果性聯(lián)系）。因此，從宇宙的宏觀上看，空間形成一個連續(xù)的整體。但這并不表示一個點粒子可以作用于無窮遠處，點粒子的因果性改變量是其自身含有的因果性實在*對屬性空間的作用，而空間系數(shù)相互間的存在連接到無窮遠處構成宇宙體系。

2.1基本粒子與基本粒子之間在空間系數(shù)中的相互作用

2.1.1基本粒子在空間系數(shù)中的情況

基本粒子對屬性空間有因果性改變量的作用，存在于空間系數(shù)中，對空間系數(shù)有因果性連接力的作用。比如基本粒子自旋，雖然因果性改變量是以自身為中心的存在，但是會使空間系數(shù)產生因果性作用力，即產生因果性連接力的積分，使空間系數(shù)隨之作用，可知：

要注意，可以判定兩點：（1）兩粒子之間存在確定的因果性作用力。（2）粒子的自旋與空間系數(shù)有關。也可以確定自旋的粒子會對空間系數(shù)形成因果性連接力，而且粒子的自旋或自轉并非來自粒子的內在稟性（外因的作用）。

由此可推知：由于物體或基本粒子只存在對屬性空間有因果性改變量的本質，物體或基本粒子在屬性空間中的運動或轉動都由外因引起。

2.2基本粒子或物體之間對空間系數(shù)的作用

2.2.1關于場的概念

對于粒子、粒子與粒子之間在空間系數(shù)中的作用情況，現(xiàn)在已知它們組成的物體對空間系數(shù)的作用。

根據(jù)法拉第提出的場的概念，從某個層面上可以認為是空間系數(shù)。

（1）本研究認為，在屬性空間中除了物體（或基本粒子）的存在形式，只有空間系數(shù)（或場），是空間中某一位置上的常量，也是客觀的物質存在形式。

（2）根據(jù)前文關于空間系數(shù)對電荷產生的電場以及磁場的一些認識，也可以認為場就是空間系數(shù)。

由此可以理解地球是如何形成地磁場的。在太陽系中，地球是圍繞太陽逆時針自轉的行星，存在于空間系數(shù)中的有一定因果性聯(lián)系的基本粒子—組成地球的基本粒子（原子核、電子）的自旋方向大多也應該趨向于逆時針自旋，因為粒子的自旋是空間系數(shù)實在作用的結果，所以可以推斷粒子的自旋方向從宏觀上看應該與地球自轉作用力的空間系數(shù)一致。地球自轉帶動金屬地核外區(qū)的熔融鐵鎳一起自轉，但是因為中心處的固體鐵鎳地核被迫運動，造成熔融區(qū)鐵鎳逆時針轉動的粒子之間產生定性的相互作用力，也可以認為逆時針運動的粒子相互之間對空間系數(shù)存在定性的作用力，使空間系數(shù)形成穩(wěn)定且垂直于粒子運動方向的變化。又因鐵鎳固體應該處于熔融區(qū)的下方，使熔融區(qū)的鐵鎳向下對流，所以地球形成一個使空間系數(shù)的實在向下對流且垂直于粒子運動方向（地球的自轉方向）的關于空間系數(shù)的環(huán)流，形成地磁場。

可見，場的本質是粒子之間相互作用而使空間系數(shù)的實在產生定向移動的結果。

關于場的存在，從磁鐵產生磁場的原理更容易理解。磁鐵產生磁場的原因是磁性材料內部原子結構中的原子核與電子整齊同向排列。從上文可知，磁性材料中的基本粒子（原子核、電子）自旋方向一致，會使空間系數(shù)的物質實在形成定向運動（因果性連接力的原因），進而形成一個在空間系數(shù)中自給自足的定向環(huán)流。對于磁鐵而言，表現(xiàn)出來的就是磁性，定向移動的空間系數(shù)就是磁鐵兩端的一進一出—N極和S極，這就是學界對磁極的規(guī)定。如果用磁鐵與磁性材料相互作用（可以磁化的材料），則定向移動的空間系數(shù)可以使磁性材料的原子核與電子也形成定向自旋（因果性連接力），使其形成定向移動的空間系數(shù)的變化具有磁性（N極和S極），這種現(xiàn)象稱為磁化。當然，在異名磁極中，空間系數(shù)的運動方向一致，所以會相互吸引;在同名磁極中，空間系數(shù)的運動方向相反，所以會相互排斥。

上述內容也證明：不存在磁極子，因為空間系數(shù)是屬性空間中的客觀存在或基本常量。

可以間接推出：

（1）粒子的自旋確實對空間系數(shù)有因果性連接力的存在。

（2）粒子的自旋并非來自其本性，而是來自外因。

（3）空間系數(shù)是屬性空間中某一位置上存在的最小量的實在值，也是客觀存在，有因果性聯(lián)系。

2.2.2關于電磁波的產生

從上述推理可知，空間系數(shù)是屬性空間中的客觀實在，是宇宙空間中某一位置上的常量，基本粒子對空間系數(shù)做功，會使空間系數(shù)形成因果性聯(lián)系，并向遠處傳播。

電場是學界規(guī)定的正、負電荷對空間系數(shù)的作用。設有質量為m的基本粒子，比如電子，其因果性改變量：

電場在某一點的散度就是點電荷在屬性空間中某一單元實在*上對空間系數(shù)有效作用力的大小，與距離的平方成反比，與電荷量成正比。

分析電流對磁場的作用情況，在實驗中，如果導體中有電流移動，則電子之間因為電場而相互作用，使電子之間的空間系數(shù)因為因果性連接力而變化。同時，電子在運動中產生一定的逆時針自旋，會使空間系數(shù)形成一個垂直于運動方向且傾向于逆時針方向的環(huán)流移動，這就是電磁場?？芍?/p>

（1）電磁場是運動電荷相互作用的結果，是在電流移動過程中形成的垂直于電子運動方向（或電流運動的平面）的存在。

（2）電磁場的環(huán)流方向由垂直于運動方向的電子運動決定，與電子的逆時針自旋有關，所以電磁場的環(huán)流方向應該是逆時針轉動的方向。

電磁場環(huán)流的現(xiàn)象可以通過放在其周圍的小磁針的偏轉情況來確定，也符合電磁感應定律的實驗。

上述關于電子的自旋情況也可以根據(jù)電子在勻強磁場中的偏轉情況來確定。

電子束是一定區(qū)域中存在的逆時針旋轉且相互作用的電子，電子之間相互作用的因果性連接力對空間系數(shù)形成垂直于電子束的運動方向且逆時針轉動的定向移動，也是電磁場的定向旋轉。

由于電磁場或定向移動的空間系數(shù)是垂直于電子束的運動方向且逆時針的環(huán)流，如果放上一個與電子束方向平行（與電磁場方向垂直）的勻強磁場，電子束幾乎不受勻強磁場的影響，因為其受作用力的方向與勻強磁場（空間系數(shù)）的作用力垂直，不受其方向上的作用力。

下面分析在電子束中加上與其垂直方向的勻強磁場的情況。

實驗1：用一射線管射出電子束，方向由實驗人員指定。電子束產生的磁場或定向移動的空間系數(shù)在垂直于電子束的方向上逆時針轉動，這時，放上勻強磁場且由上指向下（上方是N極），可以理解為N極方向的磁場增大了空間中的空間系數(shù)的力度或作用力，換言之，增大了空間中空間系數(shù)的場強，使逆時針環(huán)流的電子束受到向右的作用力，也就是環(huán)流逆時針方向的磁場作用力加強了，則向右偏轉。如果改變勻強磁場的磁極，即上方是S極，可以理解為磁場或定向移動的空間系數(shù)對S極的作用力加強了，換言之，S極對空間中的磁場或空間系數(shù)的力度或作用力減弱了，逆時針環(huán)流的電子束受到向左的作用力，也就是磁場逆時針環(huán)流的作用力的積分減弱了，所以向左偏轉。如果放上的勻強磁場是由下指向上（下方是N極），原理相同。

實驗2：用相同方向的電子束，放上勻強磁場的方向是由左指向右（左邊是N極）。同理，可以理解為左邊N極方向的磁場加強了空間中的空間系數(shù)的力度或作用力，使逆時針環(huán)流的電子束受到向上的作用力，換言之，逆時針環(huán)流方向的作用力的積分增加了，則電子束向上偏移。如果改變勻強磁場的磁極，即磁場左邊是S極，可以理解為S極減小了空間中磁場或空間系數(shù)的力度或作用力，使逆時針環(huán)流的作用力減弱，所以磁場受到向下的作用力，電子束向下偏轉。如果放上勻強磁場的方向是由右指向左（右邊是N極），原理相同。

如果改變電子束的指向，原理相同。

上述實驗事實與電子在勻強磁場中的偏轉情況相符，從洛侖茲的左手定則也可以判定，可以間接判定電子確實在局域空間中存在一定的逆時針自旋，因為如果電子不存在逆時針自旋，其形成的環(huán)流磁場也不存在逆時針方向的因果性連接力，電子在一定方向的勻強磁場中不會發(fā)生相應偏轉。根據(jù)勻強磁場作用力的大小以及電子束的偏轉情況，可以粗略地統(tǒng)計電子的自旋速度。

關于電流產生的電場對磁場的感應或變化的電場產生的磁場，從麥克斯韋組第一方程了解到：

對于式中位移電流的電場變化率產生的磁場，本質依然如此。

由此可知，空間中磁場變化（或渦旋的磁場）的本質是因果性作用力對空間系數(shù)的作用，而因果性作用力取決于空間中粒子之間的相互作用，它決定了空間系數(shù)的分布。

再分析磁場對電流的情況，已知在有電流通過的導體中會產生垂直于導體平面且逆時針方向環(huán)流的磁場或空間系數(shù)，如果在通路的導體中放上勻強磁場，導體會發(fā)生什么變化？

首先，分析勻強磁場與導體平行時相互作用的情況。導體放入與其平行的勻強磁場中，相當于勻強磁場或定向移動的空間系數(shù)對導體中的粒子（原子核、電子）有因果性作用力，但是基本粒子（電子）受原子核的束縛而不能形成感應電流，也可以簡單地認為，此時電子的因果性作用力是勻強磁場作用的結果。同時，平移勻強磁場中的導體，實驗結果幾乎不變，因為導體受到的作用力幾乎不變。

其次，分析導體放入與其垂直的勻強磁場時相互作用的情況。導體與勻強磁場方向相互垂直就相當于基本粒子（原子核、電子）受到勻強磁場垂直方向的因果性連接力。如果勻強磁場移動，使垂直方向的因果性連接力對基本粒子做功，基本粒子（電子）可以逃離原子核的束縛，它們相互作用，形成定向移動—感應電流?？梢院唵蔚卣J為，電子受到的是外力對勻強磁場的作用，使勻強磁場作用于電子，遠大于勻強磁場自身的性質對基本粒子（電子）的作用力所做的功，所以會形成感應電流。

（1）在靜磁場中的“零結果”。在通路的導體中，放入垂直于導體平面的靜磁場（相當于磁通量B），可知靜磁場在垂直方向上對導體有因果性連接力，使導體處于因果性連接力的作用中或處于磁場的激發(fā)態(tài)，但導體中的電子不會自由移動，因為電子都是以自身為中心形成的因果性改變量，也就是電子的每一單元實在*所受的因果性作用力并沒有變化，電子所受的磁通量沒有變化。所以，電子受原子核的因果性作用力的束縛，不會逃離原子核形成電流。

根據(jù)麥克斯韋的電磁波理論，變化的電場可以產生磁場，變化的磁場可以產生電場，兩者相互垂直。但是麥克斯韋認為電場與磁場都來自同一媒質，也就是說，變化的電場產生的磁場本質上也是電場，而變化的磁場產生的電場本質上也是磁場，如果導體中電流運動存在的電子按直線運動，從本質上而言如何區(qū)分電場上的變化是磁場而磁場上的變化是電場，如圖1所示（圖片來自網絡）。從整體上看，就是電場或磁場在向前運動（它們只有概念上的區(qū)別），那么波是如何產生的？因為波是媒質，無非要區(qū)分是電場還是磁場，所以這也是要考慮的問題。

電場與磁場相互作用的實在從本質上而言都是空間系數(shù)的存在。電場與磁場相互作用的本質是力F因對空間系數(shù)G'的作用。在振蕩電路中形成的感應電流或極板間跳躍的電火花，是波形運動的粒子，而粒子的運動會對屬性空間形成因果性作用力，進而對空間系數(shù)形成因果性連接力，即對空間系數(shù)做功，使空間系數(shù)的因果性聯(lián)系由近及遠地在空間中傳播，形成電磁波。

由此可知，電磁波就是電子或極板間光電子對空間系數(shù)的作用力產生的存在，所以電磁波的速度v等于光速c。

電磁波是由空間系數(shù)形成的因果性連接力的存在，而光是波形運動的粒子，它們是不同形式的存在。所以，光不是電磁波，電磁波也不是光。由此可以推知，電磁波是空間系數(shù)的基本物質的存在產生的，而光是存在于空間系數(shù)中的波形運動的粒子。理論上，光速c應該略小于電磁波的速度v。

電磁波的一些性質，如反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象都與光相似，因為電磁波本身就是光對空間系數(shù)的作用產生的物質存在。

3關于邁克爾遜-莫雷實驗的理解

本研究認為，空間中的“以太”或麥克斯韋所說的媒質是存在的，根據(jù)其性質可稱為空間系數(shù)（或場），而邁克爾遜-莫雷實驗的“零結果”可能有3個原因。（1）光不是電磁波。光是以波形運動的粒子（這與原子核的結構有關）。光在空間系數(shù)中傳播，則空間系數(shù)對光的影響微乎其微，這就如一般情況下隨地球的運動很難看到空間系數(shù)中光線的偏折，也是從宏觀上看地球上受磁場作用的光線依然沿直線傳播的一個原因（極光除外）。（2）由于光速c是3×10m/s，如果想在干涉儀那么短的距離中觀察到空間系數(shù)對高速光粒子的干涉條紋的移動現(xiàn)象，幾乎不可能。從宏觀上看，在地球兩端的磁極的磁場較強，對輻射的離子流或光子會因空間系數(shù)變化而形成極光現(xiàn)象，這是宏觀上空間系數(shù)使離子流或光子發(fā)生明顯作用產生的結果。（3）空間系數(shù)是屬性空間中某一位置上的常量，也是最小的單位量的客觀存在，受處在其中的物質存在的影響。所以，從局域上來看，空間系數(shù)變化不定（像微觀世界的量子漲落現(xiàn)象），很難從微觀的角度測量其對光粒子的確定性影響。綜上可知，邁克爾遜-莫雷實驗的“零結果”具有一定的必然性。

要注意，在邁克爾遜-莫雷實驗中只討論了關于“以太”或空間系數(shù)對光粒子的干涉條紋的影響。在“關于相對論的淺說”中，將繼續(xù)探討關于光的本性（光速不變原理是相對于屬性空間的存在）對邁克爾遜-莫雷實驗干涉條紋的影響，在章節(jié)的最后做了一個“補充”。