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  • 1 # 使用者4345688415838

    樓主先從字義上理解一下無旋度場和無源場。通俗的說,無旋就是必有源頭,在空間上不能從自身出發再回到自身。無源則剛剛相反。好了,我們再分別說說電場和磁場。

    電場的產生源於電荷,它是向量場,方向被規定為從正電荷帶負電荷。在靜電場中,電場被電荷(正或者負電荷,或者都有)激發,分別對應從無窮遠處到負電荷,從正電荷到無窮遠處,從正電荷到負電荷的電場,但無論上述三種方式中的任何一種情況,電場都有源頭,故靜電場是無旋有源場。這兒的關鍵在於,帶正電荷的物質(比如質子)或者帶負電荷的物質(比如電子)是可以單獨存在的。

    再說磁場。我們都知道磁鐵分兩極,磁場從正極出發到負極,可你見過單極的磁鐵麼?無論你怎麼分割磁鐵,它總有對應的兩極分佈於同一物體的兩端。因為目前為止我們都沒發現磁單極的存在。(ps有科學理論猜想有,並且有科學家制造了儀器在太空中尋找,但目前還沒找到)。所以我們目前認識的磁場必定從一空間位置出發,最終又回到了原點,也就是無源有旋場。

    最後還要說的是,非靜電電場是無源的旋度場。打個比方,電流流過導體(我們以金屬為例),金屬導體呈現電中性,但由於電感應效應,它兩端可認為非別帶了等量的正負電荷,此時端電荷激發的電場,從正端回到負端,這部分電場就是無源有旋電場。以上只是比喻便於理解散度和旋度,真正的旋度電場產生於變化的磁場*(這個磁場有產生於電流即變化的電場),而並非上述那樣。所以說,電場得依據情況來分別它是否有源。磁場,就目前而言它是無源的旋度場,但是如果找到了磁單極子,那麼它激發出來的磁場又是有源的了。一個場的旋度和散度,其實並非場的固有屬性,它不是由這個場的名稱決定,而是由它被激發的原因決定的。

    -------------------------2016/11/18---------------------------------------------------------------------------

    1.關於非靜電場是有旋場

    其實要想搞清楚電磁場就繞不開麥克斯韋方程:

    語言描述一下上述四個方程依次是:(1)磁電感應強度的散度等於電荷密度,也就是電荷產生髮散的場 ;(2)時變的磁場產生旋轉電場;(3)磁場的散度為零,不存在磁單極子;(4)電流密度和時變電感應強度產生旋轉的磁場。所以說我上面對非靜電場中旋轉電場的解釋有些牽強,但作為一種理解,這樣把電荷看成與磁荷一樣不可分,從而去理解旋轉電場也未嘗不可。事實上應該衝麥克斯韋方程去理解才是嚴謹的,如(4)描述,是運動的電荷( 電流密度J0)和變化的電感應強度(例如介質改變引起介電常數變化)產生了旋轉的磁場,然後如(2)描述,這個磁場產生了旋轉的電場。當然電磁場是同時存在不分先後的,這裡然後只是承接上文沒有時間先後的意思。

    2.關於磁單極子

    1931年英國物理學家保羅·狄拉克就利用數學公式預言了磁單極子的存在。到今天在實驗中找到了許多間接證明,但目前而言的確沒有確鑿證據證明磁單極子存在,但很多理論預言和佐證它的存在比如弦理論,有磁單極子會更完善。同時也有人根據相對論假設磁場是電場的相對論效應,又佐證它不會存在。誰證明了,妥妥的下一個諾貝爾,當然,這裡證偽比證明難多了,畢竟找到磁單極子就能證明,找不到卻難以證偽。就目前研究而言,它極有可能是存在的。若磁單極子存在,那麼也就有了磁荷密度和磁流密度,那麼麥克斯韋方程就得改寫為:

    但其實也就是補充而已,並沒有動搖麥克斯韋方程的根基。因為即使磁單極子存在也是在極其極端的條件下。在普通條件下或者近似的可認為,在我們應用這個理論的範疇內舊的麥克斯韋依舊成立。

    3.關於旋和源(旋度和散度)

    有知友糾結於旋和源的概念問題。從某種意義上而言,旋和源是邏輯對立的。如果上面的空間解釋不能理解,可以換為數學角度試一下。其實他們只是兩種不同的基本的向量場的數學描述。發散的向量不可能自閉(自旋),自旋的向量也不可能發散,因為在邏輯上他們本就是對立的。所以無旋即是有源,無源自當有旋。至於更詳細的去解釋旋這一概念,我真的沒辦法,建議知友去理解一下高數里的斯托克斯公式,然後也許旋度就好理解了。

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