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麦克斯韦得出“光是电磁波”的结论合理吗? 司今（jiewaimuyu@126.com） 摘 要 ：麦克斯韦电磁波理论是优美的，他给人类科学文明进步的进步奠定了坚实基础；我们在运用、学习这一旷世理论的同时，面对由此派生出的微观世界种种理论的困惑，我们又得不对这一理论产生遐想：麦克斯韦是如何推断出“光是电磁波”结论的？他给出“光也是一种电磁波”的结论合理吗? 本文正是基于这二个“遐想”，探讨了麦克斯韦“光也是电磁波”结论的来龙去脉，并从另一个角度推断：电磁力的转化与光没有任何关系，麦克斯韦的“光也是电磁波”的推理存在瑕疵，并指出光与麦克斯韦电磁波应存在本质区别。 关键词：LC振荡 电磁波 光速 磁极 库伦电荷力 库伦磁荷力 中图分类号：0441 文献标识码：A 0、引言 麦克斯韦从电磁感应与LC振荡现象中得到启发，通过引入位移电流，建立了他的“交变电磁场理论”，即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，这本是经典电磁学普通的电磁感应现象，但他将这种现象推广到“感应传递”中去后，指出：开放的LC振荡电路会反射一种叫“电磁波”的东西，可以传递LC振荡电路所发射的能量，这就是他赫赫有名的“电磁波理论”；同时，还他首先宣布：“光也是一种电磁波”。 我们先不说开放的LC振荡电路发出的是不是电磁波，我们看看他给出“光也是一种电磁波”结论的依据是什么?它合不合理? 1、麦克斯韦是如何得出“光是电磁波”结论的？ 从一些文献及教科书介绍中获悉，他给出“光也是一种电磁波”的理论推理依据是： 麦克斯韦按照他的电磁波理论方程描述，他认为：电与磁应该是统一的；根据这一想法，他假设：如果电和磁是相互联系的，从库伦电荷力公式与磁荷力公式上来看，则从属于电现象的常数ke 但关键问题在于：库伦磁荷定量中的磁极是磁铁，而磁铁的磁极按“安培环流说”应该是由运动电荷以某种变化方式形成的，故此，我们不可能简单的采用一个“标准磁极”，像“标准质量”一样，锁在巴黎的拱顶地下室，然后把一切其他的磁极同它相比较，即我们没有办法确定磁极的标准衡量尺度。 然而，“奥斯特实验”给了我们启示：对于磁铁，我们得知由磁场施加在磁极上的力是F=pmB；对于运动电荷，由磁场所施加的力是F=qvB；由于电荷与磁铁之间关系的奇怪矢量特性，情况变得复杂了。不过，有一件事是清楚的：磁极具有电荷乘以速度的单位，即pm=qv.如果v垂直于B力就是F=qvB；而在磁极上的力是F=pmB，因此，我们可以规定一个磁极为电荷乘以速率，即：pm=qv，1磁极=1C.m/s. 如果测定二个单磁极之间的力，就能确定常数km；而实践中并没有这样做，我们是通过测量二根通电导线之间的力以确定km常数，其结果是km=1.00×10-7 N?m2/(磁极)2 =1.00×10-7N?s2/C2. 考虑二个常数ke与km之间的单位,我们可以看出:km→N?m2/C2, ke→N?s2/C2,由此可得出：ke/km = m2/s2.换句话说，ke、km比值是速率的二次方，代入ke、km常数值得到：速率c=√ke/km=√=9.00×109N?m2/C2/1.00×10-7N?s2/ C2=3×108 m/s. 于是，麦克斯韦意识到“光的速率埋藏在电荷与磁铁之间的力中”，他由此推断：电扰动引起磁扰动，磁扰动又反过来引起电扰动，并且这种“交变扰动”可以以光速传播；同时，他指出，可见光也是一种电磁波，而且只是电磁波中的很小部分，并且所有电磁波全都以相同的速率c=3×108 m/s传播。[1] 2、麦克斯韦得出“光也是一种电磁波”的结论合理吗? 通过上面引述可以看出，麦克斯韦在确定km时存在二个隐形假设，即： （1）、Fe=Fm，这说明他的“光也是一种电磁波”的推断是建立在库伦电荷力与磁荷力是同一种力基础之上的，即他首先将电、磁力作了“统一”假定。 （2）、pm=qv，这说明磁极是电荷运动产生的，即静止电荷并不产生磁极；静态电荷之间的力来自于电场，运动电荷之间的力来自于磁场。 不过，依据这二种假设，我们可以给出另一种推断： 假如F= keqQ/r2= kmpm1pm2/r2成立，则可以得出：ke/km=pm1pm2/qQ； 假如pm=qv成立，代入ke/km= pm1pm2/qQ中，则可得出: ke/km= v1?v2； 这说明，对于导线中的运动电荷而言，二根导线产生力作用是由于运动电荷通过导线时转化成了磁极，但电荷电场并不参与二根导线间的力形成；可见，二根导线之间之所以产生力是由于电荷有运动速度v1、v2的存在，这是二根通电导线力产生的要素，可这没有反映力传递速度问题，更没有说力传递需要光参与，而且力传递与光速也不存在必然联系。 依据麦克斯韦给出的c=√ke/km=3×108 m/s，则有ke＝c2km，结合ke/km= v1?v2，就会得出c2= v1?v2；假如二根导线里的电子运动速度相同，则有v1=v2=c，如果不相等，则说明二根导线里的电子运动速度必定有一个要超光速c，这岂不与爱因斯坦的“光速假设”相矛盾？ 为什么会出现此现象呢？原来，ke与km就像Φm与pm之间一样存在单位换算问题，即将B=Φm/S与B=kmpm/R2结合，则可得出：Φm/S=Φm/πR2=kmpm/R2,即Φm =πkmpm，πkm就是磁极单位与韦伯磁单位之间的转换系数，可见，磁通量Φm与库伦磁荷pm是同一概念。[2] 如果pm=qv、F= keqQ/r2= kmpm1pm2/r2成立，则有 F=B1pm2=pm1 pm2/πr2= q1v1 q2v2/πr2=v1v2/π?q1q2/r2 = keq1q2/r2，可得ke= v1v2/π； 如果将ke=v1v2/π与ke＝c2km结合，就可得v1v2＝πkmc2，即c2＝v1v2/πkm； 因km=1.00×10-7 N?s2/C2，故v1v2＝πkmc2＝9×1016×3.14×1.00×10-7＝2.826×1010；这样，对于二个运动电荷而言，只要v1或v2不大于1.062×102 m/s就不会出现v1或v2超光速问题了。 假如二根平行导线中通入电流时电子的运动速度相等，这时，它们在导线内的运动速度应是： ve1=ve2=1.6811×105 m/s. 由此可见，麦克斯韦所推出的 值，并不是真正物理意义上的光速，它只不过与光速数值有巧合罢了；如果以此认为麦克斯韦证明了“光也是一种电磁波”，那也只能算是他对光认识的一种“曲解”之举；光与麦克斯韦电磁波概念应存在本质区别！ 具有论述请以后参阅《关于光与麦克斯韦电磁波本质区别问题的探讨》一文。 麦克斯韦推出的c=√ke/km=3×108 m/s，对于像氢原子中自旋电子与自旋氢核二个磁荷体来说（如右图），其本质就是c2＝v1v2/πkm，这里v1、v2都是以地球上一点为参照基的速度。 已知：km=1.00×10-7 N?s2/C2、c=3×108 m/s、v地自=4.65×10 2 m/s、ve=2.188×10 6 m/s； 由此可得，氢原子核相对地球上一点为参照基的运动速度（实质也是氢原子运动速度）就是： vp=πkmc2/ve＝9×1016×3.14×1×10-7/2.188×10 6＝1.292×10 4 m/s . 它与地球的第二宇宙速度v=1.12×10 4 m/s相一致，说明这个速度就是氢原子在地球上作“布朗运动”时的“逃逸速度”，在高空中运用同步卫星应该可以测出这个值。[3] 3、结论及推论 3.1、LC振荡是一种普通的电磁感应现象，麦克斯韦给出的“光是电磁波”的推理存在瑕疵。 3.2、光的本质与麦克斯韦电磁波概念应存在本质区别。 3.3、光应是一种粒子流，光子有自旋和自旋磁子性，光的波动现象是由“光子洛伦兹运动”产生的。 |
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