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叶波

2015-02-26  物理网文
   一、历史回顾
    在十九世纪最后的十多年里,”以太”理论成了物理学中极为灿烂的一颗明星。人们设想自然界中所有的力和作用全都靠”以太”形成。”以太”与原子并列,被看成是宇宙的基本构成要素。
    以1900年为分界线,”以太”这颗明星便开始殒落。当时,一方面,为了说明物体在”以太”中运动丝毫不受阻力,必须假定”以太”比任何气体还要轻得多和稀薄得多;为了说明为什么电磁波是横波,并以极大速度传播,又必须假定”以太”中能产生比任何固体都大的切变应力。因此”以太”具有极其矛盾的机械属性,这是不可思议的。另一方面,固体中激发出横波的同时也伴随着产生纵波,但是在”以太”中产生电磁波的同时却丝毫没有发现”以太”纵波。然而,造成这颗明星殒落的根本原因是迈克尔逊—––莫雷试验的零结果。从十九世纪末到二十世纪初,人们深刻地研究了”以太”和物体运动的关系后得出这样的结论:从光行差现象的观测结果来看,地球是从”以太”中穿行而丝毫不带动”以太”;而从斐索流水试验的结果来看,物体是部分带动”以太”;但是从人们精心设计的迈克尔逊—––莫雷试验的结果来看,则地球又完全带动”以太”和它一起运动。虽经当时杰出的物理大师们绞尽脑汁,仍然无法解决这一矛盾。最后只好依依不舍而又无可奈何地抛弃了”以太”理论。于是以太从明星的概念变为被抛弃的概念。
    二、否定以太存在的根据
    人们否定以太存在的根据是这样的:如果以太存在,就一定存在以太风。以太风不存在,以太也就不存在。迈克尔逊—––莫雷试验的零结果否定了以太风,以太当然也不存在。
    三、否定以太存在的根据不足
    以太风不存在,以太也不存在吗?这种推断至少是不严密的,如果以太风不存在,但以太的涡旋是存在的,这种推断就完全错了。因为以太涡旋的存在,就证明以太照样存在。下面我们就详细地讨论这一问题。
    四、迈氏试验不能否定以太涡旋
    迈克尔逊—––莫雷试验的零结果不能否定以太的涡旋。理由是这样的:地球在绕太阳的轨道上运转和自转时,会带动以太。在地球上空,产生的并不是“以太风”,而是以太的涡旋。这些以太的涡旋从整体上不会影响遥远星光向地球的传播。也就是说,对于光的传播而言,以太的涡旋与静止的以太产生的效果是一样的。地球相对于恒星在运动着,因此会产生众所周知的光行差。
    同样地,由于迈克尔逊—莫雷试验中的水平和垂直臂上,没有 “以太风”,只有以太涡旋,因而根本不会产生光程差,从而干涉条纹也不会发生任何变化。因此,迈克尔逊—莫雷试验只不过否定了 “以太风”的存在,并不能否定以太涡旋的存在。
    五、以太的涡旋就是磁
    1. 以太涡旋的方向就是磁力线的方向。
    众所周知,只要有磁就一定有南北两个极。显而易见,一个以太涡旋必然有一个角速度方向的轴,一根轴也有两个极,如果认为以太涡旋转动的方向就是磁力线的方向,磁的方向和以太涡旋的方向是完全一致的。
    不难理解,这一模型证明了磁单极子是不存在的。这就难怪人们“上穷碧落下黄泉” ,先后折腾了一百多年,至今也没能找到磁单极子的影子。这也是以太涡旋存在的一个有力证据。
    2. 以太涡旋和磁的主要性质是一致的
    由麦克斯韦方程组可知,磁感应强度B的散度为0。磁感应强度B的散度为0就意味着任何小的封闭区域里进出的磁力线是一样的。只有把磁力线看成是不能作直线运动的以太涡旋才能做到这一点。因此,以太涡旋和磁的这一性质也是一致的。
    3.磁和某种转动总是连在一起的
    ⑴.通电螺旋管
    众所周知,通电螺旋管会产生磁场。电荷沿着环形线圈作圆周运动会产生一个磁场。
    ⑵.安培分子环流假说
    分子或原子中的电子绕核运转会产生一个分子磁元,所有分子环流方向相同,因相邻环流方向相反相互抵消,等效于物体表面有一环形电流(束缚电流)从而产生一个磁场。
    ⑶.电子自旋磁矩
    原子中的电子磁性有两个来源,一个是电子绕原子核旋转运动产生的轨道磁矩,另一个是电子自旋产生的自旋磁矩。人们还发现,电子自旋磁矩μ 和自旋角动量S成正比。
    ⑷.中子磁矩
    中子不带电荷,但却具有磁矩。一个微观粒子不带电荷却具有磁矩,这是很难理解的。如果联想到中子是具有自旋的,自旋的中子产生中子磁矩。
    ⑸.法拉第磁致旋光效应
    早在1845年法拉第发现当一束平面偏振光沿着磁场平行的方向通过非旋光性介质时,光的偏振面就会旋转一个角度。对这一现象的最简单、最直观的解释是:因为磁场是以太的转动,以太又带动介质转动,最后介质带动偏振光转动一个角度。显然,旋转的角度与磁场强度和光通过介质距离成正比。
    ⑹.克尔磁光效应
    1876年,英国物理学家克尔(John Kerr)在实验中发现,如果受磁场作用而磁化的物质是不透光的,那么平面偏振光照射到这个物质上就会反射。反射光的偏振面相对于入射光的偏振面也要偏转一个角度。同样地,这也是入射光受以太转动的影响而偏转一个角度。
    ⑺.太阳黑子疑难
    为什么太阳黑子一定有磁场?在单色光照片上,常常看到黑子周围呈旋涡的形状,因此,可以认为,太阳黑子是太阳表面气态物质形成的巨大旋涡气团。这一旋涡气团带动其周围以太形成以太涡旋而产生太阳黑子磁场。由于太阳上的旋涡气团旋将其转动动能转变为磁场能,因面温度较低而显得比其它地方要黑。同时,太阳活动越剧烈,其产生的旋涡气团就越多,因而黑子也越多。
    ⑻.旋转体磁效应
    人们已经探测到太阳普遍磁场遍及整个太阳系。地球自转也会带动以太随其转动而产生地磁场。太阳系的行星包括月球都因自转而产生各自磁场,而且其中类地行星(包括月球)自转角动量与其磁偶极矩的比值接近于一个常数。
    ⑼.回磁效应
    一自由悬挂着的软磁铁棒放入一固定线圈中,并使其可自由转动。先在线圈中通以电流,使之磁化到饱和,然后改变电流的方向,这时软磁铁棒会发生宏观扭转。这种现象称为回磁效应。
    ⑽.麦克斯韦的分子涡旋模型
    1861~1862年期间,麦克斯韦曾经在《哲学杂志》上发表了题为《论物理力线》的论文。他借用兰金的”分子涡流”假设,提出自己的模型。他假设在磁场作用下的介质中,有规则地排列着许多分子涡旋,绕磁力线旋转,旋转角速度与磁场强度成正比,涡旋物质的密度正比于介质的磁导率。
    ⑾.麦克斯韦方程组
    众所周知,麦克斯韦电磁场理论最初是借助于具有力学性质的”以太”涡旋模型进行物理类比而推导出来的。不过后来麦克斯韦在重建电磁理论时全部删除了关于媒质结构的论述。在今天公认的麦克斯韦方程组中有两个方程: 由一方程可知磁感应强度的散度为零,由另一方程可知磁场强度的旋度不为零。或者说磁场是一个无散有旋场。故从麦克斯韦方程组也可得出磁场是一种涡旋的结论。
    ⑿.开尔文等人的观点
    开尔文(原名汤姆逊)在1890年就企图用麦古拉的”以太”假说来解释电、磁、光等现象,开尔文假定电效应是”以太”的平动引起,磁现象是”以太”转动引起。光是”以太”波动式的振动所引起。他提出了各式各样的”以太”力学模型(其中之一是认为”以太”是由排列成多个微小回转轮所组成的系统)。象这样的力学模型受到许多人的追求,并提出种种方案。其中有的能非常巧妙地说明许多现象。
    六、以太涡旋论能说明电磁波的本质
    一个线圈中的交变电流就会在线周围产生一个大小和方向都在变化的以太涡旋,这个大小的方向都在变化的涡旋可以沿径向以光速向外传播。以太大小和方向都在变化的涡旋可看成是以太涡旋的扭摆。它沿径向的传播就是电磁波。
    光不过是某个频段的电磁波,光的本质也是以太涡旋扭摆的传播,因为光的方向是与涡旋的轴向相同,但以太涡旋扭摆的传播方向是径向的,因此,光是横波。从这里可以看到,尽管以太是流体,以太涡旋扭摆的传播而产生电磁波却是横波。流体不能传播横波的说法在这里不再成立。它与固体中因质点振动而产生机械横波的机理是完全不相同的。
    光是横波的结论可用偏振片作试验来加以证明。取两片偏振片A、B,先使光线垂直通过A、B,将A固定,以光线为轴,转动B,我们就会发现,随着B的转动,光线的强度在某一位置时最大,由此位置转过90度后光线会完全被B挡住。由于纵波是不会产生这种现象的,因此可以判断,光是纯粹的横波,没有一点纵波的成分。
    光为什么没有纵波呢?由弹性力学可知,形成纵波的粒子一定要作直线运动才行,由于以太只能作涡旋运动不能作直线运动,以太就不能形成纵波。光当然也就没有纵波了。这和实际是完全吻合的。
    因此,以太涡旋能产生横波,但不能产生纵波,这是以太的又一特殊性质。
    一般而言,机械波的传播以固、液、气等媒质为载体。电磁波的传播是把以太这种媒质为载体的。
    至于光的速度为什么很大,可作如下类比。
    由经典力学可知,固体中横波传播速度与固体密度的平方根成反比。由于“以太”的密度比固体密度小很多很多,电磁波的速度比固体中横波的速度大很多就毫不奇怪了。
    七、以太的力学特性
    为了能释迈克尔逊不产生以太风的试验,为了能解释光是横波没有纵波的事实,为了能说明为什么没有磁单极子,为了能说明磁力线的特性,为了能说明以太不影响地球的运动,以太只能以流体的涡旋状态存在。这就是以太的基本力学特性。
    八、问题讨论
    人们只有对以太的力学特性把握了,才能真正弄清磁和光的本质。例如,有人认为磁不动,电荷运动和电荷不动,磁运动的规律应是一样的。因为它们不过是相对运动而已。
    这里就存在这样一个问题:因为磁是一种涡旋,它不是惯性系而是非惯性系。而伽利略变换只在惯性系中才成立,因此,磁不动电荷运动和电荷不动磁运动的规律是不一样的。因为磁是以太的涡旋,它与运动速度无关。动与不动都是一样的,但电荷动或不动就不一样了,运动电荷会在其周围产生一个磁场,此时,电能会转变为磁场能,这两种状态本来就是不一样的。那么,把这种不一样变成一样的所谓洛仑兹变换不就是有问题了吗?

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