吴义举

关键词：场;空间系数;因果性作用力;因果性连接力

1关于电磁波的存在

1.1场的提出

人们早就发现，地球可以产生地磁场，磁铁因为场的存在而相互吸引或排斥;小磁针在磁场的作用下总是指向南北;通电的导体可以产生电场，使零散的铁粉呈环形排列……从物理学角度来看，这些现象都源于场的作用。

场的概念是英国物理学家法拉第提出的[1]，因为他不满牛顿对万有引力是超距作用的解释。根据牛顿的观点，相隔一定距离的电荷与电荷之间、磁体与磁体之间、电流与磁体之间的相互作用都应该是超距作用。但是，法拉第通过很多实验发现它们之间的相互作用是直接的，是由于某种物质的存在而产生的相互作用，因此，法拉第提出了场的概念。比如电荷之间相互作用是因为电荷可以产生电场;磁体之间相互作用以及导体对其周围的铁粉有力的作用等现象都是因为场的存在。法拉第又引入电力线与磁力线的概念以描述场的分布情况，使空间中的场有了一定的现实意义。

本研究围绕以下问题展开：（1）电荷为什么会产生电场？电场的本质是什么？（2）磁体为什么会产生磁场？磁场的本质是什么？磁场与电场的本质相同吗？（3）法拉第所说的力线应该是什么？电荷为什么可以产生“电力线”？磁体为什么可以产生“磁力线”？力线与场从相对存在的本质而言是同一的存在吗？为什么力线可以作用于场？

1.2电磁波的存在与麦克斯韦方程

法拉第对场的存在只提出了一个概念，没有实际物理意义，英国数学家、物理学家麦克斯韦作出了伟大的贡献。麦克斯韦认为场是存在的，并且电场与磁场是相互联系的，只有赋予它们一定的物质内容，并且通过数学公式精确地表达，才能达到物理理论的高度。于是麦克斯韦找到了方程组[2]：

麦克斯韦从位移电流的思想中推导出：来回振荡的位移电流会产生不断变化的磁场，且磁场的磁力线都垂直于电流的平面。根据法拉第的电磁感应理论，在导体的回路中，变化的磁通量会产生感应电流。这说明导体中存在电场，迫使电荷运动，可以推导出：变化的磁场在垂直于磁场的平面上产生环绕磁场的电场。麦克斯韦由此推出：变化的磁场也能在其周围产生电场。

麦克斯韦从理论中得出：如果在空间中某一区域内产生随时间变化的电场，就会感应出随时间变化的磁场;一个随时间变化的磁场同时也会感应出随时间变化的电场。电场与磁场相互感应，就会由近及远地在空间中传播出去，形成电磁波。

麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在。如果能从经验上验证，将会成为该理论的重要依据。

赫兹是验证电磁波存在的第一人，他巧妙地设计了一个实验。要想产生电磁波，首先要有感应电流，他想到可以根据变压器的原理来设计。赫兹用一个震动开关接通和切断初始线圈中的电流，使其产生变化的电流，在铁芯线圈中的次级线圈会产生变化的感应电流（次级线圈的匝数越多，电流越强），然后在次级线圈的两端镶上小铜球，互相接近但不靠拢，形成一个开放式的电容器，两铜球空隙的空间被击穿，形成电火花。当振动开关振动，就会形成变化的位移电流，进而形成电磁波。

赫兹在实验室的另一个房间放了一个开口的铜环，在开口处各镶一个小铜球，作为电磁波的接收器。赫兹认为，如果电磁波存在，当电磁波传至小铜球时，变化的电磁场会在小铜球上感应出电流，并在小铜球的空隙间产生跳动的电火花。赫兹拉上窗帘后，清楚地看到小铜球间不停跳跃的淡蓝色电火花，成功证明了电磁波的存在，也间接验证了关于场存在的概念。

根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波的波动方程：

计算出电磁波的速度v=c≈3×108m/s，与光速相同。因此，麦克斯韦认为光波就是电磁波。这一结论略显武断。

第一，要知道，电磁波是空间中客观存在的一种物质，是原子核中電荷的电场与磁场相互作用的结果，也就是说，电磁波产生于原子结构中运动的电荷对电场的作用。如果在空间中传播的光或极板间的电火花本身就是原子核中运动的电荷的一种存在，电磁波的速度等于光波的速度，根据经验，这是自然的事，但它们的存在终究是两回事。

第二，根据对光的认识，光具有波粒二象性，即光也具有粒子性。从本质来看，如果电磁波是空间中存在的客观物质，且是原子核中电荷运动的产物，就与粒子性存在矛盾。

为了进一步证明光波就是电磁波，赫兹做了一系列实验证明电磁波具有反射、折射、衍射、干涉等现象，也就是说，从某个层面理解，电磁波具有光的一切性质，因此认为光波就是电磁波。下面将解释光波与电磁波的关系。

1.3关于“以太”的问题

人们根据麦克斯韦的电磁理论认为，电磁波的传播需要“以太”（麦克斯韦称其为“媒质”）。但是，迈克尔逊-莫雷实验的“零结果”否定了“以太”的存在。传递电磁波需不需要“以太”或所谓的“以太”应该是什么？下面将作出分析。

迈克尔逊-莫雷实验的原理：假定“以太”的存在相对于太阳静止，如果光是电磁波，在“以太”中运动，则因地球自转而存在相对速度的光程差变化[3]。基于此，可以用干涉仪来检验“以太”中相干光的光程差相对于地球运动的干涉条纹的移动情况，检验“以太”的存在。

因为地球的公转速度相比于光速实在太小，不易直接测量相对光速的变化，迈克尔逊-莫雷将一束平行光通过一块半镀银镜分成两束，使其中一束顺着地球的自转方向运动，另一束垂直于自转方向运动，这两束光是相干的。再通过平面镜使其反射并相互叠加产生干涉。由于两束光相对地球的运动速度不同，到达叠加处所需要的时间也会不同，因此，会产生光程差。现将仪器旋转90°，使两束光易位，会使光程差增加1倍，能看到干涉条纹的移动情况。根据他们的计算结果，移动量应该是条纹间距的0.4倍。但实验结果是没有看到条纹间距的移动，成了否定“以太”存在的一个实验性证据。

实验本身并不存在问题，但是从电磁波理论到实验结果，还有些方面需要探讨：（1）光具有很多电磁波的性质，比如速度、反射、干涉、衍射等，假设光是电磁波，然后根据迈克尔逊-莫雷实验证明光是电磁波，不需要（媒质）“以太”。（2）从某个层面可以认为“以太”是电磁理论中的基础物质，是产生电现象与磁现象的实在。

试问有没有可能电磁波就是电磁波，只是客观物质的一种存在形式，其速度等于光速，有些性质与光相似;光就是光，并不是电磁波，换言之，光只是一定频率的粒子。当然，光也有波的性质，存在于产生电现象与磁现象的媒质“以太”中。由此可知，在“以太”中无法看到光粒子的干涉条纹的移动，因为“以太”对光粒子的影响微乎其微，因此，迈克尔逊-莫雷实验的“零结果”也具有一定的必然性。从迈克尔逊-莫雷实验中可以粗略地提出两个可能性的存在：（1）电磁波的存在就是电磁波，而光的存在就是光，而且光具有波粒二象性，两者是不同形式的存在。（2）空间中存在的“以太”或麦克斯韦所说的“媒质”，是产生电现象与磁现象的基础，也是更基本的客观存在。由此可知，以光的干涉条纹的移动现象作为媒介测量“以太”的存在，不会有明显的结果。

2本研究对电磁波的理解

本研究认为，在属性空间（本质本性的空间）中，既存在空间系数（或场），又存在基本粒子或物体（有限且有一定因果性联系的独立实在或个体）[4]。基本粒子对属性空间的因果性（改变量）作用力：

空间系数之间存在因果性作用的改变量（或因果性联系）。因此，从宇宙的宏观上看，空间形成一个连续的整体。但这并不表示一个点粒子可以作用于无穷远处，点粒子的因果性改变量是其自身含有的因果性实在*对属性空间的作用，而空间系数相互间的存在连接到无穷远处构成宇宙体系。

2.1基本粒子与基本粒子之间在空间系数中的相互作用

2.1.1基本粒子在空间系数中的情况

基本粒子对属性空间有因果性改变量的作用，存在于空间系数中，对空间系数有因果性连接力的作用。比如基本粒子自旋，虽然因果性改变量是以自身为中心的存在，但是会使空间系数产生因果性作用力，即产生因果性连接力的积分，使空间系数随之作用，可知：

要注意，可以判定两点：（1）两粒子之间存在确定的因果性作用力。（2）粒子的自旋与空间系数有关。也可以确定自旋的粒子会对空间系数形成因果性连接力，而且粒子的自旋或自转并非来自粒子的内在禀性（外因的作用）。

由此可推知：由于物体或基本粒子只存在对属性空间有因果性改变量的本质，物体或基本粒子在属性空间中的运动或转动都由外因引起。

2.2基本粒子或物体之间对空间系数的作用

2.2.1关于场的概念

对于粒子、粒子与粒子之间在空间系数中的作用情况，现在已知它们组成的物体对空间系数的作用。

根据法拉第提出的场的概念，从某个层面上可以认为是空间系数。

（1）本研究认为，在属性空间中除了物体（或基本粒子）的存在形式，只有空间系数（或场），是空间中某一位置上的常量，也是客观的物质存在形式。

（2）根据前文关于空间系数对电荷产生的电场以及磁场的一些认识，也可以认为场就是空间系数。

由此可以理解地球是如何形成地磁场的。在太阳系中，地球是围绕太阳逆时针自转的行星，存在于空间系数中的有一定因果性联系的基本粒子—组成地球的基本粒子（原子核、电子）的自旋方向大多也应该趋向于逆时针自旋，因为粒子的自旋是空间系数实在作用的结果，所以可以推断粒子的自旋方向从宏观上看应该与地球自转作用力的空间系数一致。地球自转带动金属地核外区的熔融铁镍一起自转，但是因为中心处的固体铁镍地核被迫运动，造成熔融区铁镍逆时针转动的粒子之间产生定性的相互作用力，也可以认为逆时针运动的粒子相互之间对空间系数存在定性的作用力，使空间系数形成稳定且垂直于粒子运动方向的变化。又因铁镍固体应该处于熔融区的下方，使熔融区的铁镍向下对流，所以地球形成一个使空间系数的实在向下对流且垂直于粒子運动方向（地球的自转方向）的关于空间系数的环流，形成地磁场。

可见，场的本质是粒子之间相互作用而使空间系数的实在产生定向移动的结果。

关于场的存在，从磁铁产生磁场的原理更容易理解。磁铁产生磁场的原因是磁性材料内部原子结构中的原子核与电子整齐同向排列。从上文可知，磁性材料中的基本粒子（原子核、电子）自旋方向一致，会使空间系数的物质实在形成定向运动（因果性连接力的原因），进而形成一个在空间系数中自给自足的定向环流。对于磁铁而言，表现出来的就是磁性，定向移动的空间系数就是磁铁两端的一进一出—N极和S极，这就是学界对磁极的规定。如果用磁铁与磁性材料相互作用（可以磁化的材料），则定向移动的空间系数可以使磁性材料的原子核与电子也形成定向自旋（因果性连接力），使其形成定向移动的空间系数的变化具有磁性（N极和S极），这种现象称为磁化。当然，在异名磁极中，空间系数的运动方向一致，所以会相互吸引;在同名磁极中，空间系数的运动方向相反，所以会相互排斥。

上述内容也证明：不存在磁极子，因为空间系数是属性空间中的客观存在或基本常量。

可以间接推出：

（1）粒子的自旋确实对空间系数有因果性连接力的存在。

（2）粒子的自旋并非来自其本性，而是来自外因。

（3）空间系数是属性空间中某一位置上存在的最小量的实在值，也是客观存在，有因果性联系。

2.2.2关于电磁波的产生

从上述推理可知，空间系数是属性空间中的客观实在，是宇宙空间中某一位置上的常量，基本粒子对空间系数做功，会使空间系数形成因果性联系，并向远处传播。

电场是学界规定的正、负电荷对空间系数的作用。设有质量为m的基本粒子，比如电子，其因果性改变量：

电场在某一点的散度就是点电荷在属性空间中某一单元实在*上对空间系数有效作用力的大小，与距离的平方成反比，与电荷量成正比。

分析电流对磁场的作用情况，在实验中，如果导体中有电流移动，则电子之间因为电场而相互作用，使电子之间的空间系数因为因果性连接力而变化。同时，电子在运动中产生一定的逆时针自旋，会使空间系数形成一个垂直于运动方向且倾向于逆时针方向的环流移动，这就是电磁场。可知：

（1）电磁场是运动电荷相互作用的结果，是在电流移动过程中形成的垂直于电子运动方向（或电流运动的平面）的存在。

（2）电磁场的环流方向由垂直于运动方向的电子运动决定，与电子的逆时针自旋有关，所以电磁场的环流方向应该是逆时针转动的方向。

电磁场环流的现象可以通过放在其周围的小磁针的偏转情况来确定，也符合电磁感应定律的实验。

上述关于电子的自旋情况也可以根据电子在匀强磁场中的偏转情况来确定。

电子束是一定区域中存在的逆时针旋转且相互作用的电子，电子之间相互作用的因果性连接力对空间系数形成垂直于电子束的运动方向且逆时针转动的定向移动，也是电磁场的定向旋转。

由于电磁场或定向移动的空间系数是垂直于电子束的运动方向且逆时针的环流，如果放上一个与电子束方向平行（与电磁场方向垂直）的匀强磁场，电子束几乎不受匀强磁场的影响，因为其受作用力的方向与匀强磁场（空间系数）的作用力垂直，不受其方向上的作用力。

下面分析在电子束中加上与其垂直方向的匀强磁场的情况。

实验1：用一射线管射出电子束，方向由实验人员指定。电子束产生的磁场或定向移动的空间系数在垂直于电子束的方向上逆时针转动，这时，放上匀强磁场且由上指向下（上方是N极），可以理解为N极方向的磁场增大了空间中的空间系数的力度或作用力，换言之，增大了空间中空间系数的场强，使逆时针环流的电子束受到向右的作用力，也就是环流逆时针方向的磁场作用力加强了，则向右偏转。如果改变匀强磁场的磁极，即上方是S极，可以理解为磁场或定向移动的空间系数对S极的作用力加强了，换言之，S极对空间中的磁场或空间系数的力度或作用力减弱了，逆时针环流的电子束受到向左的作用力，也就是磁场逆时针环流的作用力的积分减弱了，所以向左偏转。如果放上的匀强磁场是由下指向上（下方是N极），原理相同。

实验2：用相同方向的电子束，放上匀强磁场的方向是由左指向右（左边是N极）。同理，可以理解为左边N极方向的磁场加强了空间中的空間系数的力度或作用力，使逆时针环流的电子束受到向上的作用力，换言之，逆时针环流方向的作用力的积分增加了，则电子束向上偏移。如果改变匀强磁场的磁极，即磁场左边是S极，可以理解为S极减小了空间中磁场或空间系数的力度或作用力，使逆时针环流的作用力减弱，所以磁场受到向下的作用力，电子束向下偏转。如果放上匀强磁场的方向是由右指向左（右边是N极），原理相同。

如果改变电子束的指向，原理相同。

上述实验事实与电子在匀强磁场中的偏转情况相符，从洛仑兹的左手定则也可以判定，可以间接判定电子确实在局域空间中存在一定的逆时针自旋，因为如果电子不存在逆时针自旋，其形成的环流磁场也不存在逆时针方向的因果性连接力，电子在一定方向的匀强磁场中不会发生相应偏转。根据匀强磁场作用力的大小以及电子束的偏转情况，可以粗略地统计电子的自旋速度。

关于电流产生的电场对磁场的感应或变化的电场产生的磁场，从麦克斯韦组第一方程了解到：

对于式中位移电流的电场变化率产生的磁场，本质依然如此。

由此可知，空间中磁场变化（或涡旋的磁场）的本质是因果性作用力对空间系数的作用，而因果性作用力取决于空间中粒子之间的相互作用，它决定了空间系数的分布。

再分析磁场对电流的情况，已知在有电流通过的导体中会产生垂直于导体平面且逆时针方向环流的磁场或空间系数，如果在通路的导体中放上匀强磁场，导体会发生什么变化？

首先，分析匀强磁场与导体平行时相互作用的情况。导体放入与其平行的匀强磁场中，相当于匀强磁场或定向移动的空间系数对导体中的粒子（原子核、电子）有因果性作用力，但是基本粒子（电子）受原子核的束缚而不能形成感应电流，也可以简单地认为，此时电子的因果性作用力是匀强磁场作用的结果。同时，平移匀强磁场中的导体，实验结果几乎不变，因为导体受到的作用力几乎不变。

其次，分析导体放入与其垂直的匀强磁场时相互作用的情况。导体与匀强磁场方向相互垂直就相当于基本粒子（原子核、电子）受到匀强磁场垂直方向的因果性连接力。如果匀强磁场移动，使垂直方向的因果性连接力对基本粒子做功，基本粒子（电子）可以逃离原子核的束缚，它们相互作用，形成定向移动—感应电流。可以简单地认为，电子受到的是外力对匀强磁场的作用，使匀强磁场作用于电子，远大于匀强磁场自身的性质对基本粒子（电子）的作用力所做的功，所以会形成感应电流。

（1）在静磁场中的“零结果”。在通路的导体中，放入垂直于导体平面的静磁场（相当于磁通量B），可知静磁场在垂直方向上对导体有因果性连接力，使导体处于因果性连接力的作用中或处于磁场的激发态，但导体中的电子不会自由移动，因为电子都是以自身为中心形成的因果性改变量，也就是电子的每一单元实在*所受的因果性作用力并没有变化，电子所受的磁通量没有变化。所以，电子受原子核的因果性作用力的束缚，不会逃离原子核形成电流。

根据麦克斯韦的电磁波理论，变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，两者相互垂直。但是麦克斯韦认为电场与磁场都来自同一媒质，也就是说，变化的电场产生的磁场本质上也是电场，而变化的磁场产生的电场本质上也是磁场，如果导体中电流运动存在的电子按直线运动，从本质上而言如何区分电场上的变化是磁场而磁场上的变化是电场，如图1所示（图片来自网络）。从整体上看，就是电场或磁场在向前运动（它们只有概念上的区别），那么波是如何产生的？因为波是媒质，无非要区分是电场还是磁场，所以这也是要考虑的问题。

电场与磁场相互作用的实在从本质上而言都是空间系数的存在。电场与磁场相互作用的本质是力F因对空间系数G'的作用。在振荡电路中形成的感应电流或极板间跳跃的电火花，是波形运动的粒子，而粒子的运动会对属性空间形成因果性作用力，进而对空间系数形成因果性连接力，即对空间系数做功，使空间系数的因果性联系由近及远地在空间中传播，形成电磁波。

由此可知，电磁波就是电子或极板间光电子对空间系数的作用力产生的存在，所以电磁波的速度v等于光速c。

电磁波是由空间系数形成的因果性连接力的存在，而光是波形运动的粒子，它们是不同形式的存在。所以，光不是电磁波，电磁波也不是光。由此可以推知，电磁波是空间系数的基本物质的存在产生的，而光是存在于空间系数中的波形运动的粒子。理论上，光速c应该略小于电磁波的速度v。

电磁波的一些性质，如反射、折射、衍射、干涉等现象都与光相似，因为电磁波本身就是光对空间系数的作用产生的物质存在。

3关于迈克尔逊-莫雷实验的理解

本研究认为，空间中的“以太”或麦克斯韦所说的媒质是存在的，根据其性质可称为空间系数（或场），而迈克尔逊-莫雷实验的“零结果”可能有3个原因。（1）光不是电磁波。光是以波形运动的粒子（这与原子核的结构有关）。光在空间系数中传播，则空间系数对光的影响微乎其微，这就如一般情况下随地球的运动很难看到空间系数中光线的偏折，也是从宏观上看地球上受磁场作用的光线依然沿直线传播的一个原因（极光除外）。（2）由于光速c是3×10m/s，如果想在干涉仪那么短的距离中观察到空间系数对高速光粒子的干涉条纹的移动现象，几乎不可能。从宏观上看，在地球两端的磁极的磁场较强，对辐射的离子流或光子会因空间系数变化而形成极光现象，这是宏观上空间系数使离子流或光子发生明显作用产生的结果。（3）空间系数是属性空间中某一位置上的常量，也是最小的单位量的客观存在，受处在其中的物质存在的影响。所以，从局域上来看，空间系数变化不定（像微观世界的量子涨落现象），很难从微观的角度测量其对光粒子的确定性影响。综上可知，迈克尔逊-莫雷实验的“零结果”具有一定的必然性。

要注意，在迈克尔逊-莫雷实验中只讨论了关于“以太”或空间系数对光粒子的干涉条纹的影响。在“关于相对论的浅说”中，将继续探讨关于光的本性（光速不变原理是相对于属性空间的存在）对迈克尔逊-莫雷实验干涉条纹的影响，在章节的最后做了一个“补充”。