磁场、电场的本质

磁场、电场本质（ 陶俊 常州市供电公司 江苏省常州市 213000 ）摘要： 1、磁场的本质是以太风。电流形成的磁场就是在电子经过的路径上，其尾部留下的 中心低压的旋转以太气流，就如飞机飞过后其尾部会留下气流一样。2、电场的本质是磁场。 只有对外显现自旋磁场的质子、电子才对外显现电性，反之则为中子。3、电流形成的旋转 磁场和电荷自旋磁场是有区别的，电流产生的磁场是一个中心低压的以太气旋，而电荷自旋 磁场中心没有低压区，受力分析时作用力正好相反；4、用实验数据证明存在电磁以太。关键字：电磁学；磁场；电场；电磁转换；磁电转换；电磁感应；电荷；以太0 引言磁场、电场的本质是困惑无数科学家几百年的世纪难题，一直未能破解。本文将磁场 电场的本质做了非常清晰的展现，破解磁场、电场产生的整个细节，合理、清晰的解释了所 有的磁电现象，并用实验数据论证了其正确性，具有重要科学意义。本文主要解释电磁转换、磁电转换、电磁感应、光在不同介质中的传播速度的形成原 因等科学难题，最后则讲两个非常重要的实验，证明电磁以太的存在，以及测量磁场实际方 向的方法。1 磁场本质、电磁转换1.1形成磁场的外部环境以太及磁压已知电磁波可以在宇宙空间中传播，波的基本特性之一是：波的传递必须借助媒质，譬 如声波就不能在真空中传播，同理，任何波都不能在绝对真空中传播，因为绝对真空中没有 任何媒质。故宇宙空间应该存在一种能够传递电磁波的特殊物质，为了便于下面分析，我们 暂时称这种看不见的暗物质微粒为电磁以太，以下简称以太（注：本文最后会讲到如何 用实验证明存在以太）。这种由以太组成的空间有着和地球表面大气层所有相似的基本特征。空气分子间存在大 气压力，空气分子间的这种作用力保证了声波振动能够在空气中传播，同理，为了保证电磁 波在空间的传播，以太应该充满电磁波能够传播到的所有空间，并且以太间也应该有这种“大 气压力”的存在，我们暂时称为宇宙磁压。我们知道，地球在快速自转，但为什么我们没感觉到风呢？原因是空气和地球保持了同 步自转，没有相对速度，自然也就没有风。同理，在自转的电子周围，以太分布情况是一样 的，其周边的以太会和电子保持同步旋转，这样，在电子周围就形成了一个旋转的以太风， 电子周围旋转的以太风对外显现了磁场。1.2电荷受力分析如图 1，如果两个电子在同一平面上同向旋转，这两个电子就应该表现出排斥现象。既 然我们已经知道磁场其实就是以太风，那么，我们就可以采用空气动力学的原理解释所有的 磁场现象。如图1，电子的自转产生了两个同向旋转的磁场，在两个气旋的中间位置的以太受力方向正好相反（图中方框内的区 域），力抵消后以太运动变慢或停止， 在此处滞留，这样，这个区域的以太 密度就会增加，局部磁压增大，与外 部磁压形成压力差，产生排斥力。电 荷的这种受力现象符合伯努利原理。细心的朋友可能会发现，图1和 两根并行导线流过同方向电流产生的 磁场一致，按照并行导线磁场受力原 理，并行导线流过相同方向电流时， 应该相互吸引，为什么我们这儿分析 出来却是排斥呢？其实这正是电荷自旋磁场与我们常见的电流产生的磁场不同之处，我们面会分析。如图 2，如果两个电子旋转方向相反，根据空气动力学原理，由于两个气旋对其中间的以太的作用力方向相同，两个力迭加使以太加速离开此区域，外部以太来不及补充，就会形图2反向症转的电子Fig.2 FLeverse lutation of the electiuiiic成局部低压，由于外部磁压不变，形成 压力差，造成引力。现在来问一个问题，如果其中一个 电子不旋转呢？由于只有一个气旋，两 个电子就没有作用力。分析到这儿，你是否会想到电荷、 正电子、微中子？这涉及对电子、质子 中子结构的分析，比较复杂，我们这儿 暂不讨论，我们还是先来分析一下电流 如何产生磁场吧！1.3电磁转换电流如何转换成磁场如图 3，当电子在导体中运动时，其周边的以太就和电子产生了相对运动，对电子来说， 其周围就存在以太风，风向与电子的运动方向相反，这和我们开车会感觉到有风是一样的道 理。根据空气动力学原理，在这个以太风的作用下，电子的旋转中心轴应该和电子前进方向 平行，这样，电子运动才会稳定，这和旋转的子弹飞行更平稳的道理是一样的。也就是说, 电子此时旋转产生的以太气旋的轴心与导线平閣2向右运动的电子的施转轨道Fig.3 Electronic spin track rightward行，在导线中产生了一个围绕导线旋转的磁场。 由于电子在前进的过程中不断的带动行进路 径上的以太旋转，电子经过后，这些运动轨迹上 的以太气旋由于惯性作用不会马上停下来，旋转 的离心作用造成以太外向逃离，使气旋中心压力 降低，由于宇宙磁压的存在，造成的压力差又提 供了向心力，维持了气旋的继续转动，这个现象 和龙卷风类似，即中心低压的气旋。大量向同一方向运动的电子产生的以太气旋 迭加起来，形成了导线周围的旋转磁场，这就是 电流流过导体产生磁场的整个过程，持续不断的电流则维持了这一过程，可类比的自然现象是高速旋转飞行的子弹尾部的旋转气流。同理， 一个不自转的电子的运动是不会产生旋转磁场的，也可以说，这样的电子是不呈现电性的， 它产生的是以太乱流，就如飞机尾部的乱流。小结：1、磁场的本质是以太风。电流产生的磁场就是在电子经过的路径上，其尾部留下的中心低 压的旋转以太气流，就如飞机飞过后其尾部会留下气流一样。2、电流产生的磁场总是以以太气旋形式存在。电子只有在一个充满以太并且存在磁压的空 间中运动时，才会产生磁场，这是电流产生磁场的基本环境。在一个绝对真空的环境中， 不会存在磁场；3、电子运动时，对于电子来说，相对运动产生了磁场，虽然这个磁场不对外部显现，但对 电子有作用力。由于运动是个相对的概念，所以，是否存在磁场还要看我们选择了哪个 参照物。1.4平行通电导线磁场受力分析我们上面遗留了一个问题，为什么电子自旋磁场与电流产生的磁场在作用力分析上正好 是相反的？FlF3F2F4图5单根通电导线磁场向心力示意图Fig.5 A single electrical wire： maLetic field centiipetd fzuce dkgi迫rn图 5 画出了单根通电导线磁场受力分 布图。由于电流产生的磁场是一个中心低 压的旋转以太气流，在外部较高磁压的作 用下，形成一个外内的向心力。由于在每 个方向的向心力均相等，单根通电导线受 力是平衡的。我们再来看图 6，图 6 画出了两根平 行导线通过同方向电流时磁场作用力图。 在两根导线中间的公共区域，以太粒子受 到相反的作用力，速度下降，滞留于此区 域内，此区域内以太密度增加，磁压上升， 造成的结果是与外界磁压的差值缩小，向 心力 F2，F3 减小。由于两侧的向心力 F1 和 F4 大小不变，平衡被打破，左侧的导线 在力Fl和F2相抵后，产生一个向右的力，右侧的导线在力 F3 和 F4 相抵后产生一个向左的力，造成吸引效果。为什么通电导线产生的磁场在分析结果上和电子自旋产生的磁场受力正好相反呢？原 因是：电流产生的磁场是一个中心低压的以太气旋，其中心是负压力区；而电子自旋磁场的 力。中心是实心的电 子，不存在低压 力。明白了这个 机理，我们就能 用空气动力学原 理来分析受力情 况了，要不然， 即使是空气动力 学专家也无能为F1f sJ1：F2F3 !+1；!F4图疔平行导线疣过同方向电流磁场受力示意圉Fig.6 Pai迫lied vniE tluuugh the s：rie liLtectiun cutient maLetic field force di辺gram平行导线流过不同方向的电流产生的磁场受力情况这儿就不分析了，道理是一样的。 小结：电流产生的磁场和电荷自旋磁场是有区别的，电流产生的磁场是一个中心低压的以太 气旋，而电荷自旋磁场中心没有低压区，受力分析时作用力正好相反。1.5实验数据论证光在不同介质中传播速度不同的原因实验证明：光在真空中 1 秒能传播 299792000m ，也就是说，真空中的光速为c=2.99792xl0m/s。光在其他各种介质的速度都比在真空中的小，空气中的光速大约为 2.99792000xl0A8m/s,接近光速；光在水中的速度比真空中小很多，约为真空中光速的3/4； 光在玻璃中的速度比在真空中小的更多，约为真空中光速的2/3。虽然人们得到了实验结果，但一直不明白这种差异是如何造成的，下面，我们来分析一 下原因。实验证明，在介质不变的情况下，波的传播速度与媒质间的压力成正比。为什么呢？由 于加速度a=F/m，当介质不变时，单个媒质的质量m是不变的，故加速度此时只与媒质受 到的力 F 成正比。如空气压力增大时，空气分子间的斥力增大，这样，当声波在空气中传 播时，由于分子间的作用力F变大，单个媒质的加速度就增加，波的传播速度就更快。我们来看看物体中的磁压与真空中的磁压的关系。由于电子的绕核运动形成电流，而电 流产生的磁场是一个中心低压的以太气旋，故在物体内部存在很多中心低压的区域，物体中 的平均磁压就会小于真空中的磁压。由于波的传播速度与媒质间的压力成正比，磁压减小造 成电磁波在物体中的传播速度比真空小。由于光就是电磁波，故光在物体中的传播速度要小 于真空，光在真空中的传播速度最大（注：这儿的真空指没有空气的宇宙空间而非绝对真空， 在这个空间其实充满了以太）。这样，我们就能理解为什么光在真空中的传播速度最快，其次才是空气、水、玻璃。这 个传播速度其实是按照物质密度排序的，空气的密度比液体和固体小的多，液态的水的密度 要小于固体状态的玻璃。由于物体的内部电流密度与电子的数量成正比，而电子数量又与物 体密度成正比，故电流密度分布从小到大正好是空气、水、玻璃，即玻璃的内部电流最大， 其次是水，再次是空气，最后是真空（没有内部电流）。物体的内部电流越大，电流形成的 磁场造成的低压区就越多，物体内部的平均磁压就越小，光在其中的传播速度就越慢。我们应用本文中的磁场理论，很好的解释了造成光在不同介质中的传播速度差异的原 因，反过来，也通过实验数据证明了本文中磁场理论的正确性。 小结：光在物体中的传播速度变慢是因为物体中的平均磁压低于真空。造成低磁压的原因是 物体的内部电流形成的低压区。1.6 磁场对光传播方向的影响影响1：以太风会改变光的传播方向。以音波为例，当声音在风中传播时，风会造成空 气流动，造成声音在传播过程中改变方向。同理，光也会受以太风影响改变方向。影响 2：以太密度差异造成光的折射。譬如，地球存在地磁，磁场的特点是中心低压， 这种空间上的以太密度差异会造成光在其中传播时发生折射现象。小结：这两个影响的综合作用会造成光在宇宙中传播时方向发生偏转，即光在宇宙中并非直线传播，在有强磁场的星体周围尤其明显，即相对论所说的时空弯曲。2 电场本质、磁电转换我们已经分析了电子在导体中运动产生磁场的过程，即电磁转换，下面，我们来分析一 下磁电转换，即电子在磁场中运动的受力情况。2.1磁电转换运动电荷在磁场中的受力分析（发电机原理） 我们先来看看一个运动电子不在磁场中运动的受力情况。如图3，根据前面的分析，运 动的电子与其周围的以太产生相对运动，对电子而言，运动产生了一个与其运动方向相反的 以太风，根据空气动力学原理，为了保持稳 定性，电子的旋转轴与运动方向平行。此时， 相对运动产生的以太风的方向与电子的自 转磁场方向在各个方位上均垂直，电子不受 力。那么，如果加一个外界磁场呢？这个外 界磁场的以太风方向如果与电子运动方向 平行，则只是加强或减弱了电子相对运动产 生的以太风，电子仍不受力，只有当外界磁 场的以太风方向与电子运动方向垂直时，电 子才受力。如图 4，此时，电子自旋磁场方 向与外磁场在内侧相同（面对我们的一侧）， 外侧相反。根据空气动力学原理，在外侧， 由于以太风方向相反，以太运动减速滞留， 造成局部压力增加；在内侧，以太风方向相 同，以太加速离去，造成局部压力降低，这样，这个压力差就产生了一个力F,使电子受力 向内侧运动。如果我们把电子换成导线在磁场中运动，这个力 F 就会造成金属导线中的自由电子运 动产生电流，这就是磁电转换的成因。2.2 电场本质如果电子在磁场中的自转方向相反呢？受力方向也会相反，这就是正电子（电子的反粒 子）。如果电子不自转呢？则不会受力，即其没有表现出电性，这就是微中子。 故运动中的电子要受力，必须同时存在三个磁场，一个是电子自转产生的旋转磁场，二 是外界磁场，三是因电子运动产生的相对运动磁场。您可能会这样想，哦！原来如此，那么质子就是有自旋，而中子没有自旋了？我不敢肯 定。从理论上说，不自转的粒子应该是极少的，因为，碰撞后正好自转速度为零的粒子发生 概率是极小的。我宁愿说，中子是不对外表现自旋磁场的粒子。至于原因，涉及到粒子的内 部结构分析，我们以后讨论。电子在磁场中运动时，其自转方向是由两个以太风共同作用决定的，一是外界磁场，二 是电子相对运动产生的磁场，其实际自转方向并不完全如图4所示，而是有一个倾角，是两 个磁场作用力的矢量和。如果只有外磁场，而没有电子的运动，电子是不会受力的，因为缺一个电子相对运动产 生的磁场。至于磁极的异性相吸，同性相斥原理，完全符合空气动力学原理，包括螺线圈磁场的形 成等，大家可以自己分析一下，这儿不再论述。分析时只需把螺线圈磁场从中间劈开，看成 两个独立的旋转磁场即可。2.3电磁感应变压器原理上面我们讲了发电机为什么能够发电的原因，生活中我们还经常使用到一种设备变 压器，其工作原理和发电机有很大区别，其导线是固定不动的，没有电子运动，也能产生电 流，这又是什么原因呢？变压器的线圈绕在闭合铁芯上，绝大部分磁通从铁芯中流过，铁芯外部只有极少的漏磁， 也就是说，作用在导线上的磁通量是很小的，相对于铁芯中的工作磁通，可以忽略不计，变 压器居然可以正常工作，这一现象用传统电磁理论是无法解释的。我们回过去看图5，图中画出了单根通电导线周围的磁场，是一个围绕导线旋转的中心 低压的以太风。当电流变小时，电子运动产生的离心作用减弱，导线外围的以太由于压力差 变小向导线收缩，形成一个方向指向导线中心的以太风分量，这个以太风分量的方向与旋转 磁场的磁力线垂直，也与导线的走向垂直；反之，电流增大时，电子运动产生的离心作用增 强，导线外围的以太向远离导线中心的方向做扩散运动，这个以太风分量的方向也与旋转磁 场的磁力线垂直，与导线走向垂直。这种收缩和扩散运动的速度正比于电流的变化速率，如 果是直流电，则不会产生这种收缩和扩散运动。我们再来看图 4。因电流变化引起的以太风分量的方向与旋转磁场垂直、与导线走向垂 直，在图4 中，旋转磁场就是外磁场，因电流变化形成的磁场分量方向与外磁场垂直时，正 好与电子运动方向平行，与导线走向垂直，产生三者在三维空间相互垂直的现象，即在这种 情况下，电子虽然没有运动，但电子受到了以太风的吹拂，以太相对电子发生了运动，其效 果等同于因电子自身运动而产生的相对运动以太风，电子就会受力，其工作原理和发电机原 理一致，只是运动的参照物发生了变化而已。电磁感应产生于电流变化形成的相对导线中心扩散和收缩的以太风分量，这就是为什么 变压器只能在交流电下工作的原因。变压器的工作原理是：当电流变化时，以太相对铁芯中 心扩散和收缩，形成一个以太风分量作用在线圈上，其运动方向与铁芯走向垂直，与线圈导 线走向垂直，三者互占三维空间的一维。小结：1、电场的本质是磁场。只有对外显现自旋磁场的质子、电子才对外显现电性，反之则为中 子。电荷呈现正电性还是负电性由其在磁场中的自转方向决定，同种电荷异向旋转则形 成反电性粒子。2、电荷产生的自旋磁场间表现出同性相吸、异性相斥的现象，与我们平时分析的磁场作用 力正好相反。原因是电流产生的磁场是一个中心低压的以太气旋，而电荷自转产生的气 旋中心没有低压区。3、电磁感应的产生原因是：虽然电子没有运动，但因电流变化形成了一个与导线走向垂直， 与电流产生的旋转磁场方向垂直的以太风分量，这个以太风正好等效于电子与以太相对 运动产生的以太风，使导线中的电子产生与发电机一样的受力效果。3 实验3.1 实验 1：用以太风阻实验检测以太本实验的科学意义：证明存在电磁以太。如果我们以100 公里的时速开车，会感觉到强烈的风阻现象，而如果我们只是步行，不 会感觉到风阻。风阻是阻尼现象，其大小与速度的平方成正比，如果速度达到音速，在近地 表面的风阻将非常大。以太既然是和空气一样的流质，自然也会存在风阻现象。假设一个粒子以光速飞行，那么，宇宙空间无处不在的以太会对此粒子形成较大的以太 风阻，这个粒子如果不能从外部得到能量补充，就会在以太风阻下减速。故我们不需要用迈克耳孙莫雷实验来寻找以太，我们只需要在“真空”中将粒子加速 到接近光速，然后看其是否减速。如果不存在以太，也就不存在以太风阻，根据牛顿力学定 律，粒子速度将保持不变。迈克耳孙莫雷实验由于太过婉转、复杂，不可预测的干扰因素 太多，其实验结果没有任何价值。那么，什么时候会存在以太风阻呢？我们来看下面的基础实验风洞中的气球。 在风洞中置一气球，保持风洞风速不变，气球将受风的推力运动，直到其速度与风洞风 速一致。从风洞中的气球实验可以看出，气球在风洞中运动时并没有受到风阻，原因是给其加速 的推力就是风。同理，从前面对电荷的受力分析可以看出，粒子加速器中的粒子在电极给其 加速时，是不存在以太风阻的，只有撤去加速电极的电压，才会产生以太风阻。风洞中的气球实验证明，气球的运动速度不可能超过风速。同理可以得出，在地球环境 中，粒子加速器中的带电粒子速度不可能超过真空中的光速，因为粒子速度不可能超过加速 电极形成的以太风速度，而以太风的极限速度是光速。风洞中的气球实验还证明在一个大气压下，即使有无限大功率的风机，风速也不可能超 过音速，但是，当我们提高风洞中的大气压力时，我们就可以获得超过音速的风速。同理， 在空间以太气压不变的情况下，从电极发出的电磁力的极限速度也不可能超过光速。但是， 如果我们能够提高实验环境中的以太气压，在高以太气压的环境中，电磁波的传播速度就可 以超过我们现在认定的光速，光在以太中的传播速度与以太气压成正比，如果我们把当前以 太气压称为一个以太气压，当以太气压达到10 倍以太气压时，光在其中的传播速度就是光 速的 10 倍。同理，如果粒子加速器工作在10 倍以太气压环境中，从电极发出的电磁力的极 限速度就是光速的10 倍，就可以将粒子加速到光速的10 倍。以上结论还有两个实验结果可以佐证。实验数据 1：光在不同介质中的传播速度。我们前面分析的结果为，光在玻璃中的传播 低，是因为玻璃内的平均以太气压低于真空，故从这个实验结果可以反推，如果提高以太气 压，光在高以太气压环境中传播时就可以超过当前我们认定的最高光速。实验数据2：2011年9 月23日，欧洲科学家宣布发现超光速中微子。这个实验结果可 以证明相对论是错误的，因为相对论认为光速不可以超越，显然与实验结果不符。但我们以 上的分析同样得出粒子加速器中的粒子速度不可能超越光速，该如何解释呢？其实这里存在 一个参考系的问题，我们所说的粒子速度不可能超越光速，是相对空间静止的以太而言的， 但是，真实环境中的以太并非静止状态，由于地球存在磁场，而磁场的本质是以太风，当直 线型粒子加速器的加速方向正好和地球磁场的以太风同方向时，则粒子加速器可达到的最高 速度等于光速加地球磁场的以太风速，是这两个速度的迭加，即当把实验设备作为参照物是， 测得的速度可以超过光速。按照诺贝尔物理学奖的惯例，发现新粒子都会被授奖，谁能完成这个实验，就能将诺贝尔物理学奖收入囊中。3.2 实验 2：用以太风阻实验确定磁力线实际方向2011年 9月23日，闻欧洲科学家发现超光速粒子，我对这个结果持怀疑态度。我并不 是怀疑测量结果，而是这个实验结果没有排除以太风的影响，问题就出在实验中的粒子加速 器是直线型的，存在一个观测参考系的问题。地球存在磁场，我们假设的磁力线从N极出，S极进。如果粒子加速器与地球磁场的磁 力线平行，并且实验时粒子运动方向正好与地球磁场的以太风同方向，就会存在一个顺风的 情况，也就是说，在这种情况下，我们实测的速度要比粒子相对以太的实际运动速度大，粒 子相对以太的速度可能并未超过光速。这个实验让我来了灵感，我们可以利用以太风阻现象测量地球磁场以太风的实际方向。 我们把粒子加速到接近光速后，让其在“真空”中自由减速，如果粒子运动方向逆着地球磁 场的以太风，则测量到的速度小于粒子相对于以太的实际速度，实际的以太风阻要大；反之， 如果粒子运动方向顺着以太风，则测量到的速度大于粒子相对于以太的实际速度，实际的以 太风阻要小。这样，通过观测粒子在地球磁场不同方向上的减速情况，就可以判定地球磁场 的实际方向。测定磁场的实际方向具有非常重大的科学意义，譬如说，让直线型的粒子加速器保持与 地球磁场的顺风状态，就能用相对更小的能量把粒子加速到更快，如果不懂这个原理，碰巧 方向安装反了，则效果大打折扣。可以说，谁能完成这个实验，谁就能拿诺贝尔物理学奖。4 总结1、场由物质微粒组成，在空间固有存在，不因电场或磁场的存在与否而消失。只有在场中 出现粒子的流动，形成“风”时，场才对外显现出场能，这时的场才能被感知，我们平 时所说的磁场、电场就是指的这种风。由于“风”可以向任何方向吹，造成了磁场有别 于引力场的同性相斥，异性相吸现象，这些现象均符合空气动力学原理。2、磁场的本质是以太风。电流产生的磁场就是电子飞过后，其尾部留下的中心低压的旋转 以太气流，就如飞机飞过后其尾部留下的气流一样。风代表了运动，由于运动是个相对 的概念，所以，是否存在磁场还要看我们选择了哪个参照物。3、电场的本质是磁场。只有对外显现自旋磁场的质子、电子才对外显现电性，反之则为中 子。电荷呈现正电性还是负电性由其在磁场中的自转方向决定，同种电荷异向旋转则形 成反电性粒子。4、电流产生的旋转磁场和电荷自旋磁场是有区别的，电流产生的磁场是一个中心低压的以 太气旋，而电荷自旋磁场中心没有低压区，受力分析时作用力正好相反。电荷产生的自 旋磁场间表现出同性相吸、异性相斥的现象，与我们平时所见到的磁场作用力正好相反。5、从本文的核心电磁转换现象得出的电流形成的磁场是中心低压的以太气旋，不但可 以反推磁极的同性相斥、异性相吸现象，还可以解释磁电转换、电磁感应、光在不同介 质中的传播速度等各种难解之迷，其与实验数据的完美一致性，充分证明了本文中磁场 本质理论的正确性，证明电磁以太存在的必然性。作者：陶俊QQ：114052902Email：114052902 单位：江苏省常州供电公司