摘要：透過對真空中的電磁波的一維波動方程和機械波的一維自由波動方程的對比分析，表明了電磁波也應是一種介質波。推測這種介質就是整個宇宙空間，宇宙空間也是一種物質形態。電、磁的本質就藏在這種介質中。

龔國江 [email protected]

我們先來理解真空中的磁導率和介電常數的本質上的含義，因為真空中的電磁波速度由它們決定的。磁導率主要是度量一個速度為v、帶電量為q的粒子在強度為H的磁場中運動時，受到的電磁力的大小時，引入的物理量。

（1）

式中，F為洛倫磁力。具體說，從洛倫磁力公式（1）中，我們可以理解為，磁導率 本質描述的是磁場和磁場作用力之間的關係的物理量。介電常數主要是在庫倫定律中對電荷量和電場作用力之間關係的度量時，引入的物理量。

(2）

式中，F為庫侖力，Q為點電荷量，R為兩個點電荷的距離。具體說，從庫倫公式（2）中,我們可以理解為，介電常數本質描述的是電場和電場作用力之間的關係的物理量。

根據電磁理論的麥克斯韋方程組，可以推匯出來電磁波的一維波動方程：

（3）

由此得到真空中的電磁波的傳播速度為：

（4）

式中，U為波函式，真空中光速（下同），表明了真空中的光速只取決於真空中的磁導率和介電常數。

從表面上看，速度和兩個常數之間並沒有關係。如果我們把電磁場也看成是一種電磁作用對應的物質形態，那麼磁導率和介電常數就決定了電磁場這種物質中的相鄰點間的電磁相互作用力。

類比機械彈性波的理論，見下面的公式（5）。決定波速度的，是介質內部的相互作用力T和密度ρ。機械波的一維自由振動齊次方程：

（5）

式中，=T/ρ,其中T為介質的張力，ρ為為介質的線密度。波動方程中a就是波的傳播速度。電磁場這種物質形態可以認為其質量密度是非常小的值，以至於電磁波的速度非常大。其實，質量也是物質電磁作用的表徵物理量（參見我的《關於宇宙大統一理論的猜想》）。所以，決定電磁波傳播速度的只有電磁場內部的相互作用力，並由磁導率和介電常數決定。

電磁波和機械波可以類比，這裡面還有一個很重要的問題要，兩者波動方程的推導所用的原理要是相同的。電磁波動方程推導用的是麥克斯韋方程組，麥克斯韋方程組描述的是電、磁通量守恆和通量變化時，電、磁相互轉換及相互作用。機械波的波動方程推導用的是牛頓第二定律的慣性力的概念建立的動態平衡。那麼，麥克斯韋方程組和牛頓第二定律有本質關係嗎？答案是肯定的。從電磁作用的角度去分析，當物體的運動狀態改變時，電、磁通量會發生變化，從而引起額外的電磁力來阻礙物體運動狀態的改變，即表現為物質的慣性力。或者說，牛頓第二定律就是麥克斯韋方程組在宏觀物質上的體現。

由此可見，電磁波和機械彈性介質波本質上並沒有多大不同。如果電磁波是交變的電場和磁場本身交替的向前傳播的，那麼它的傳播速度為什麼只取決於磁導率和介電常數，而這兩個常數只是聯絡電磁場和其相互作用力之間的物理量？這顯然說不通！一種更合理的解釋是電磁波也是一種介質波，這個介質就是整個宇宙空間。這裡把宇宙空間也看成是一種物質形態，或者說整個宇宙空間就是一種最微弱的電磁場對應的物質形態（這是不是就要尋找的暗物質、暗能量？）。這樣，可以解釋電磁波具有介質波的所有特性，也就不需要相對論那樣去解釋光速問題。顯而可以推見，電、磁的本質就藏在宇宙空間的這種介質中。