電磁場的物理探索-2013

1、 麥克斯韋假設(shè)電磁場介質(zhì)麥克斯韋假設(shè)電磁場介質(zhì)中充滿著中充滿著渦旋分子渦旋分子（在真（在真空中則是渦旋以太），在空中則是渦旋以太），在這些渦旋分子之間夾著許這些渦旋分子之間夾著許多小的多小的電粒子電粒子。 渦旋軸代表磁力線的方向，渦旋軸代表磁力線的方向，渦旋旋轉(zhuǎn)速度表示磁場強(qiáng)渦旋旋轉(zhuǎn)速度表示磁場強(qiáng)度的大小。度的大小。 在兩個同向旋轉(zhuǎn)的分子中在兩個同向旋轉(zhuǎn)的分子中間的電粒子起著惰性輪的間的電粒子起著惰性輪的作用，這些電粒子只會轉(zhuǎn)作用，這些電粒子只會轉(zhuǎn)動而不產(chǎn)生平移；在兩個動而不產(chǎn)生平移；在兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的分子間，旋轉(zhuǎn)方向相反的分子間，電粒子不發(fā)生轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電粒子不發(fā)生轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生平動，從而形成電

2、流。平動，從而形成電流。麥克斯韋的麥克斯韋的“機(jī)械機(jī)械”電磁場模型電磁場模型相當(dāng)于相當(dāng)于漩渦的角速度；漩渦的角速度；相當(dāng)于相當(dāng)于滾珠軸承粒子的滾珠軸承粒子的流動。流動。電磁場：規(guī)范場電磁場：規(guī)范場 量子力學(xué)的建立對認(rèn)識電磁場量子力學(xué)的建立對認(rèn)識電磁場起到關(guān)鍵性的作用，二十世紀(jì)三起到關(guān)鍵性的作用，二十世紀(jì)三十年代，海森堡、泡利等人認(rèn)識十年代，海森堡、泡利等人認(rèn)識到電磁場是一種規(guī)范場，而到電磁場是一種規(guī)范場，而規(guī)范規(guī)范對稱性對稱性成為支配電磁規(guī)律的深層成為支配電磁規(guī)律的深層物理規(guī)律。并以此為基礎(chǔ)建立了物理規(guī)律。并以此為基礎(chǔ)建立了量子電動力學(xué)，成為人類認(rèn)識世量子電動力學(xué)，成為人類認(rèn)識世界最成功的成果

3、之一。界最成功的成果之一。.,AAjjBBEBBEBBEEEEAAF0000123132231321jAFFL41為了方便的書寫，首先介紹一下電磁場的張量形式：為了方便的書寫，首先介紹一下電磁場的張量形式：電磁場的拉格朗日量為：電磁場的拉格朗日量為： .,exp,expxexAxAxAxixi1人們發(fā)現(xiàn)該理論具有人們發(fā)現(xiàn)該理論具有U（1）（相位）的規(guī)范不變性：）（相位）的規(guī)范不變性：從從U(1)規(guī)范不變形出發(fā)得到的規(guī)范場可以自然得出規(guī)范不變形出發(fā)得到的規(guī)范場可以自然得出電磁場的所有性質(zhì)：電磁場的所有性質(zhì)：麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組電磁波的零質(zhì)量屬性電磁波的零質(zhì)量屬性電子通過交換電磁波相互作用

4、電子通過交換電磁波相互作用電磁場：纖維叢電磁場：纖維叢 二十世紀(jì)七十年代初楊振寧等人發(fā)二十世紀(jì)七十年代初楊振寧等人發(fā)現(xiàn)規(guī)范場（電磁場）的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)上纖現(xiàn)規(guī)范場（電磁場）的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)上纖維叢的相似性，而陳省身發(fā)展的大范圍維叢的相似性，而陳省身發(fā)展的大范圍微分幾何正是研究纖維叢的重要工具，微分幾何正是研究纖維叢的重要工具，打開了理論物理和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)長達(dá)的幾十打開了理論物理和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)長達(dá)的幾十年的相互影響和相互促進(jìn)時期。年的相互影響和相互促進(jìn)時期。 今天人們認(rèn)為電磁場的深層數(shù)學(xué)理今天人們認(rèn)為電磁場的深層數(shù)學(xué)理論正是論正是纖維叢理論纖維叢理論，而電場強(qiáng)度和磁場，而電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度對應(yīng)于纖維叢的曲率，電磁場本身強(qiáng)度對應(yīng)于纖維叢的曲率，電磁場本身對應(yīng)于纖維叢的聯(lián)絡(luò)。對應(yīng)于纖維叢的聯(lián)絡(luò)。電磁場：弦網(wǎng)凝聚電磁場：弦網(wǎng)凝聚 以太是什么？以太是什么？ 電磁場是什么？電磁場是什么？液體和聲波液體和聲波(密度波密度波) 固體和聲波固體和聲波 電磁場的弦圖像電