微觀粒子電磁現(xiàn)象的規(guī)律性

微觀粒子電磁現(xiàn)象規(guī)律性?xún)?nèi)容提要本文介紹了經(jīng)典電磁理論和近代電磁理論，提出了微觀粒子系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的規(guī)律性。李鑫2012年'1月7日目錄1經(jīng)典電磁理論簡(jiǎn)介2近代物理學(xué)的電磁理論狀狀況3電磁現(xiàn)象規(guī)律性4微觀粒子系統(tǒng)的電磁現(xiàn)象4.1電子磁矩4,2磁荷1經(jīng)典電磁理論簡(jiǎn)介19世紀(jì)中葉，描述電磁現(xiàn)象的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律：庫(kù)侖定律、畢■薩-拉定律、安培定律、歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等已經(jīng)先后提出，建立統(tǒng)一電磁理論的課題擺在了物理學(xué)家面前。J.C。Maxwell審查了當(dāng)時(shí)已知的全部電磁學(xué)定律、定理的基礎(chǔ)，提取了其中帶有普遍意義的內(nèi)容，提出了有旋電場(chǎng)的概念和位移電流的假設(shè)，揭示了電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系和相互依存，完成了建立電磁場(chǎng)理論的關(guān)鍵性突破。1865年Maxwell建立了包括電荷守恒定律、介質(zhì)方程以及電磁場(chǎng)方程在內(nèi)的完備方程組。麥克斯韋方程組關(guān)于電磁波等的預(yù)言在三十年后為德國(guó)物理學(xué)家H.-R.Hertz的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，證明了位移電流假設(shè)和電磁場(chǎng)理論的正確性。它是物理學(xué)繼牛頓力學(xué)之后的又一偉大成就。荷蘭物理學(xué)家H.-A.Lorentz于1895年提出了著名的洛倫茲力公式，完善了經(jīng)典電磁理論。經(jīng)典電磁理論被包括在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)理論體系之中。星系、恒星、行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場(chǎng)。天體的磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的？這是天體磁場(chǎng)研究的一個(gè)帶根本性的重大問(wèn)題。從十九世紀(jì)末期以來(lái)，曾有許多天文工作者探討這方面的問(wèn)題，先后提出過(guò)好幾種不同的學(xué)說(shuō)，如轉(zhuǎn)子學(xué)說(shuō)、電池學(xué)說(shuō)、化石學(xué)說(shuō)、發(fā)電機(jī)學(xué)說(shuō)等。這些學(xué)說(shuō)中，有的（如下述第一種）早已被否定，有的（如第二種）基本上已成為歷史的陳?ài)E，那些有一定優(yōu)點(diǎn)和價(jià)值的學(xué)說(shuō)，因?yàn)榇嬖诓簧偃毕?，也面臨著困難。可以肯定地說(shuō)，天體磁場(chǎng)的起源問(wèn)題還遠(yuǎn)未能獲得圓滿解決。2近代物理學(xué)的電磁理論狀況近代物理學(xué)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成物質(zhì)的基本單元是原子，原子由電子和原子核構(gòu)成，核又由質(zhì)子和中子構(gòu)成，電子帶負(fù)電，質(zhì)子帶正電，是正、負(fù)電荷的基本單元，中子不帶電。所謂物體不帶電就是電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等，物體帶電則是這種平衡的破壞。在自然界中不存在脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在的電荷。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，不管發(fā)生了什么變化，電子、質(zhì)子的總數(shù)不變，只是組合方式或所在位置有所變化，因而電荷必定守恒。為了說(shuō)明電荷的特征，不妨與質(zhì)量作一些類(lèi)比。電荷有正、負(fù)之分，于是電力有排斥力和吸引力的區(qū)別，質(zhì)量只有一種，其間總是相互吸引，正是這種區(qū)別，使電力可以屏蔽，引力則無(wú)從屏蔽。A.Einstein描述了質(zhì)量有隨運(yùn)動(dòng)變化的相對(duì)論效應(yīng)；而電子、質(zhì)子以及一切帶電體的電量都不因運(yùn)動(dòng)變化，電量是相對(duì)論性的不變量。電荷具有量子性，任何電荷都是電子電荷e的整數(shù)倍，e的精確值（1986年推薦值）為e=-1.6021773310-1C。按照正統(tǒng)理論主流學(xué)派提出的唯象理論，物理粒子存在分?jǐn)?shù)電荷。但是還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)電荷存在的確鑿證據(jù)。3電磁現(xiàn)象的規(guī)律性自然界中人們稱(chēng)為“電荷”和“磁荷”本身不是物質(zhì)，“電荷”（電場(chǎng)之源）和“磁荷”（磁場(chǎng)之源）不能離開(kāi)質(zhì)量而獨(dú)立存在。微觀粒子是時(shí)空中的奇點(diǎn)，質(zhì)量是客觀存在基本物理量，質(zhì)量是引力場(chǎng)之源，天體和宏觀體系的質(zhì)量是微觀體系質(zhì)量凝聚形成的，由于引力自聚能是負(fù)的，所以質(zhì)量在收縮過(guò)程中，不斷釋放能量。無(wú)論在微觀粒子，還是在天體都存在質(zhì)量旋轉(zhuǎn)，包括自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。 電荷”和“磁荷”是質(zhì)量旋轉(zhuǎn)引起的物理效應(yīng)，其中電現(xiàn)象是旋轉(zhuǎn)引起時(shí)空形變效應(yīng)，產(chǎn)生電場(chǎng)，磁現(xiàn)象是時(shí)空形變旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。產(chǎn)生磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響質(zhì)量旋轉(zhuǎn)， 保持質(zhì)量旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。確切地說(shuō)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)和質(zhì)量旋轉(zhuǎn)是相輔相成的，也就說(shuō)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)和電場(chǎng)、磁場(chǎng)是同一存在兩個(gè)方面。微觀粒子的電荷是是由Planck質(zhì)量表示的，電荷是量子化的，都

是基本電荷的整數(shù)倍，基本電荷qe等于q=±y/oGMp (3.1)上式中a牝焉是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，G=6.67259(85)x10-scm3g-1s-2是引力常數(shù)，M=2.17671(14)x-510是Planck質(zhì)量。P電子電荷等于e=—1.60217733(49)x10-19C=-4.8CGSE，質(zhì)子帶正電，量值與電子電荷絕對(duì)值相同。微觀粒子自旋磁矩是由普朗克(Planck)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，帶一個(gè)電荷的微觀粒子的自旋的磁偶極矩P等于口口口口m1 eh(3.2)P=±§eXce=+^—e(3.2)上式中，是光速，e是電子電荷，h是普朗克常數(shù)，m是粒子的質(zhì)量，口先是粒子康普頓波長(zhǎng)，c上式中，是光速，ej是角動(dòng)量單位矢量，口a是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，G是引力常數(shù)，Mp是普朗克質(zhì)量，4微觀粒子系統(tǒng)的電磁現(xiàn)象4.1電子磁矩J.J.湯姆孫研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)電子，電子帶一個(gè)單元負(fù)電荷，為一1.60217733X10-19庫(kù)侖。質(zhì)量為9.1093897X10-31千克，電子有自旋磁矩，為1玻爾磁子。按照(3.2)式，電子的自旋磁矩玻爾磁子七等于(4.1)由于電子在原子中的外邊界不是為e，而是玻爾半徑r=J，電荷分布在電子的外邊界上，所以，(4.1)式應(yīng)該寫(xiě)成1(4.2)日=^earc(4.2)其中，玻爾半徑r==5.29x10-9cm。B4,2磁荷1931年P(guān).A.M.狄拉克從分析量子系統(tǒng)被函數(shù)相位的不確定性出發(fā)，指出現(xiàn)在理論允許只帶一種磁極性(北極或南極)的粒子(磁單極子)單獨(dú)存在。并導(dǎo)出相應(yīng)狄拉克量子條件絲=n(n=1,2,3,…) (4.3)hc2磁單極子的磁荷g與其他任何帶電粒子的電荷q乘積被加除，必須是整數(shù)或半整數(shù)，n=1對(duì)應(yīng)最小電荷和最小磁荷，分別稱(chēng)為單位電荷和單位磁荷。狄拉克量子化條件指出，任何帶電粒子的電荷必須是單位電荷的整數(shù)倍，任何帶磁粒子(磁單極子)的磁荷必須是單位磁荷的整數(shù)設(shè)(4.3)式中n=1，將e=^^GMp，帶入(4.3)式，可以得出磁單荷g1力c1GM2 eg2e2x；oGM2應(yīng)(4.4)(4.4)式中的g是CG