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可以最终确定磁单极不存在

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张祥前DS 发表于 2019-2-28 19:11 | 只看该作者

作者张祥前交流微信zhxq1105974776

本文大写字母为矢量,

本文只描述真空中质点的运动情况,不描述形状物体在介质中的运动情况。

电动力学指出,电有正电荷和负电荷,磁和电不同,没有磁荷,磁场的N极和S极总是成对出现,宇宙中没有单一存在的磁单极。

但是,很多人仍然认为磁单极是存在的。特别是英国物理学家狄拉克,开创了磁单极理论研究。很多人根据量子力学提出了磁单极理论。

统一场论【百度统一场论6版可以搜到】再一次否定了磁单极的存在。下面我们用统一场论结合电动力学来说一下磁单极为什么不存在。

统一场论认为场的本质是物体周围以柱状螺旋式运动的空间,场是我们观察者对空间本身运动的描述。

为了揭开电荷和电磁场的本质,解释磁单极为什么不存在,我们首先要预备一些基础知识。

首先确定一个基本原理:

宇宙由空间和物体组成,其余统统不存在,其余都是我们观察者对物体运动和空间本身运动的描述。

再提出一个基本假设:

相对于我们观察者,宇宙中任何物体周围空间都以光速向四周辐射式运动。

空间以正电荷为中心,以光速辐射式向四周无限远处扩散运动。

空间从四面八方、从无限远处、以光速向负电荷收敛运动。

既然谈到了空间本身的运动,我们如何描述空间本身的运动?

我们把空间分割成许多小块,每一个小块叫空间几何点,简称几何点,几何点走过的轨迹叫几何线,通过描述几何点的运动,就可以描述空间本身的运动。

下面我们来给出时间的物理定义:

宇宙中任何物体【包括我们观察者的身体】周围都以物体为中心、以光速辐射式运动,空间这种运动给我们观察者的感觉就是时间。

借助于几何点的概念,可以认为时间与观察者周围空间几何点以光速c走过的路程成正比。

由时间的物理定义,我们可以得出时空同一化方程:

由于时间t与几何点以光速c运动的空间位移R成正比,所以:

R(t) =ct【r】= xi+yj + zk

【r】是矢量R的单位矢量,i,j ,k 分别为沿x,y,z轴的单位矢量。

如果认为光速c在某种情况下可以为矢量【用大写字母C表示,矢量光速方向可以变化,模不变】,则:

R(t) =Ct= xi+ yj + zk

r2 = c2t2 = x2+y2 + z2

这样,我们可以得出有别于相对论的三维螺旋时空方程 。

以相对于我们静止的质点o为原点建立笛卡尔直角坐标系oxyz,oxyz中任意一个几何点p,在时刻t’从o点出发,经过一段时间t后,在t”时刻到达p点所在的位置x,y,z, x,y,z是时间t的函数,由o点指向p点的失径为R(数量为r) 。

R(t) = (x,y,z,t)

R(t) = (a sinωt)J + (bcosωt)l + Ct

ω为角速度,J和L是单位矢量。o点静止时候

,由于周围空间均匀性,在空间中任意一个曲面上有多少条几何线穿过,就有多少条几何线穿进来,所以几何点的旋转运动消失,也就是:

(a sinωt)J + (bcosωt)L = 0

这个如同磁场的高斯定理,

场的本质是什么?

相对于我们观察者,由质点指向周围空间中任意一个空间几何点的位移矢量随空间位置变化或者随时间变化,这样的空间称为场,也可以叫物理力场。

统一场论认为引力场是母场,电场、磁场、核力场都是引力场变化而来的。物体在周围空间产生的引力场就是物体周围空间光速运动造成的,我们这里首先给出引力场的几何定义方程。

设想某一处空间中,有一个质点o相对于我们观测者静止,o点周围空间中任意一个空间几何点p在零时刻以光速度C从o点出发,沿某一个方向运动,经历了时间t,在t'时刻到达p所在的位置,让点o处于直角坐标系xyzo的原点,由o点指向p点的矢径为R = C t = x i+ y j + z k

R是空间位置x,y,z的函数,随x,y,z的变化而变化,记为:

R = R(x,y,z,)。

我们以 R = Ct中R的长度r为半径作高斯球面s = 4πr2【内接球体体积为4πr3/3】包围质点o。

o点周围的引力场A表示o点周围在体积4πr3/3内有n条几何点的位移矢量R = Ct,

A = k g n R /(4πr3/3)

k为比例常数。 g为万有引力常数。

而质点o的质量m就表示在高斯球面s = 4πr2【内接球体体积为4πr3/3】内,包含几何点矢量位移R = Ct的条数n和立体角度4π的比值。

m = 3 k n /4π

这样,以上的引力场方程A = k g n R /(4πr3/3) 可以写为:

A = g m R /r3

统一场论认为电场是引力场的变化形式,我们现在来给出电荷和电场的几何定义方程。

质点o如果带有电荷q,在周围产生电场E,电场的实质反映了单位时间内、单位体积内o点周围空间以光速运动的运动量, 电场和引力场比较起来就是多了时间因素。

在质点o周围空间中,引力场A = g m R /r3 = g k n R/Ω r3中质量m随时间t变化产生电场:

E = k’(dA/dt)

= k’g(dm/dt) R/r3

= k’g[k d(n/Ω)/ dt] R / r3

g,k’和k为常数。而o点的电荷q表示单位时间内o点质量的变化量,也反映了在单位时间里o点周围光速运动空间几何点越过某一个界面的位移的条数。

q = 4π ε。k’g(dm/dt)

= 4π ε。k’g [k d(n/Ω)/ dt]

ε。为真空中介电常数。

以上是电荷的几何定义方程,4π, g, ε。, k’,k都是常数,合并常数,把上式带入式 E = k’g(dm/dt)R/r3中可以导出库伦定理中的电场强度方程:

E = q R/ 4πε。r3

下面给出电荷、电场的几何模型。

统一场论中认定了粒子带有电荷是因为粒子周围空间本身时刻以柱状螺旋式运动造成的。

我们知道柱状螺旋式运动是旋转运动和旋转平面垂直方向直线运动的合成。

粒子带有正电荷产生正电场是由于粒子周围空间直线运动部分相对于我们观察者,以粒子为中心以光速辐射式向四周发散运动造成的。正电荷发散运动正电荷.PNG

粒子带有负电荷产生负电场,是由于粒子周围空间从四面八方、以光速、从无限远处的空间向粒子汇聚而来造成的。未命名负电荷收敛吗.PNG

带电粒子周围空间柱状螺旋式是粒子带电的原因,我们知道柱状螺旋式运动是旋转运动和旋转平面垂直方向直线运动的叠加,对于带电粒子周围空间的旋转运动部分,我们可以用右手定则来说明。

我们在正点电荷周围作许多由正电荷指向周围空间的射线,我们用右手握住其中任意一条射线,并且大拇指和射线方向一致,则四指环绕方向就是正点电荷周围空间的旋转方向。

我们在负点电荷周围作许多由任意空间指向负电荷的射线,我们用右手手握住其中任意一条射线,并且大拇指和射线方向一致,则四指环绕方向就是负点电荷周围空间的旋转方向。

面对我们观察者,正电荷周围空间是逆时针旋转的。

面对我们观察者,负电荷周围空间是顺时针旋转的。

我们所要注意的是无论是正电荷还是负电荷,周围空间都是右手螺旋空间,就是我们用右手握住空间运动的直线部分,四指环绕方向就是空间的旋转运动方向。

前面分析指出,随时间变化的引力场产生电场。

电动力学和统一场论认为,带电粒子相对于我们观察者静止时候,在周围空间产生静电场。

当带电粒子相对于我们观察者以速度V运动的时候,可以引起V垂直方向上电场的变化,电场变化的部分我们可以认为就是磁场,也就是随速度变化的电场产生了磁场。由此我们得出磁场的几何形式方程。

设想一个相对于我们观察者静止的o点,质量为m,带有电荷q,在周围空间p处产生了静电场E,由o点指向p点的矢径为R,我们以R的长度r为半径作一个高斯面s = 4πr2【内接球体体积为4π r3】包围o点,则:

E = q R/4π ε。r3

= k( dm/dt)R/4π ε。r3

k是常数。

当o点相对于我们以速度V运动的时候,可以引起电场E垂直方向的变化,变化的部分我们可以认为是磁场B。

很简单的想法是电场E乘以速度V就是磁场B ,由于速度V和电场E相互垂直时候,产生的磁场最大,因而它们之间是叉乘,所以有以下关系,

B = 常数乘以(V ×E)

由电场E的几何形式方程 E = q R/4π ε。r3 = k( dm/dt)R/4π ε。r3,可以求出磁场B 的几何形式方程,

B = 常数乘以【V ×(q R/4π ε。r3)】

= 常数乘以【V ×k( dm/dt)R/4π ε。r3】

合并常数,以上与磁场B相关的常数用磁导率μ表示,由于我们这里讨论的是在真空情况下,所以用真空磁导率μ。表示。

B = μ。【V ×k( dm/dt)R/4π r3】

以上就是真空中磁场的几何形式方程。这个方程和电场、磁场相互关系满足的方程 B = V ×E /c2是紧密联系在一起的。

B = μ。【V ×k( dm/dt)R/4π r3】

= μ。【V ×(q R/4π r3)】

= μ。【V ×ε。(q R/4π ε。r3)】

= μ。ε。【V ×(q R/4π ε。r3)】

= μ。ε。(V ×E)

在电磁学中,认为真空中磁导率μ。和真空中介电常数ε。的乘积是真空中光速c的平方的倒数【这个是人为规定的】,所以以上方程可以写为:

B = V ×E /c2

以上方程反映了电场和磁场的基本关系。从这个方程加上时空同一化方程r2 = c2t2 = x2+y2 + z2可以导出麦克斯韦方程中变化磁场产生电场、变化电场产生磁场。

注意,以上的磁场和运动电场都没有考虑相对论效应,只是在V很小或者等于零的情况下成立。

在静电场方程中乘以Ψ就是电场的普遍形式,Ψ = (1- v2/c2)/【√[1- (v2/c2)sin2θ] 】3为相对论效应修正相,

其中θ为R和x轴的夹角。电场方程乘以相对论修正相Ψ,不影响电场和磁场之间的关系式 B = V ×E /c2

统一场论认为,一个相对于我们静止的带电粒子o点,在周围空间产生静电场,当o点相对于我们观察者以速度v匀速直线运动,可以产生磁场,这个磁场的本质就是空间以矢量速度v为轴心在旋转。

当o点以匀速圆周运动时候,空间的旋转运动在这个圆周的正反两个面上一进一出,进的一面是S极,出来的一面叫N极。

从磁场这种几何形式来看,自然界不存在有磁单极子的。

麦克斯韦方程中位移电流假设认为:曲面上分布的电场,当曲面或者电场发生变化时候,可以产生沿着曲面边界分布的环绕线状磁场。

麦克斯韦方程组中电场E变化产生了磁场B

( B·dL) =μ。I + (1/c2) ∂ Φe /∂ t

= [μ。I + (1/c2)(∂ E/dt )·∂ S)]

以上方程表示运动的电荷μ。I【也就是电流,安培环路定理中电流项】可以产生磁场,变化的电场(1/c2)(∂ E/dt )·∂ S)也可以产生磁场【即麦克斯韦位移电流假设】。

麦克斯韦位移电流假设表示了在真空中,点电荷周围电场的变化和磁场之间的关系,而安培环路定理表示了许多点电荷运动产生的变化电场和磁场之间的关系,我们应该看到,麦克斯韦位移电流假设是基本的,安培定理只是推广。

本文描述的是质点在真空中的运动情况,不考虑形状物体在介质中运动情况,所以,略去安培电流μ。I这一项,重点阐述方程(B·dL) = (∂/∂t )( E·∂S)/c2 和方程 B = V ×E /c2是相互兼容。

我们可以从方程 B = V ×E /c2导出方程(B·dL) = (∂/∂t ) ( E·∂S)/c2

以上方程认为,在某一个时刻,在点电荷o附近某处自由空间中的p点,不存在其他电流的情况下,在空间曲面上变化的电场E可以产生环绕线状磁场B,且满足关系式

(B·dL) = (∂/∂t ) ( E·∂S)/c2

以上c是光速,dS为矢量面元,t 为时间,∂是偏微分的意思。L是沿B方向的几何环绕线量,方程左边是环路线积分,右边是左边线路包围的面积分,积分范围0角度到2π。

我们将方程B = V×E /c2两边点乘一个微小的空间长度矢量∂L(方向和B同向时候,B·∂L的值为最大), 结果为:

B· ∂L =(V×E /c2)·∂L = (1/ c2)(∂U×E/∂t)· ∂L= (1/ c2∂t) E · (∂L× ∂U)

注意∂U /∂t = V由于∂L和∂U相互垂直时候,相乘数值最大,因而(∂L× ∂U)可以看成一个矢量面元∂S = ∂L×∂U, ∂S的方向和E一致的时候,E·(∂L× ∂U)的值最大。这样

B· ∂L = (1/ c2∂t) E · ∂S

如果我们将方程 B · ∂L =(1/ c2∂t)E · ∂S 两边的变矢量微分求环量积分,环量积分范围从0到2π

B·∂L = (1/c2∂t)E· ∂S方程右边的矢量面元∂S =(∂L× ∂U) 积分后变成了一个分布在三维空间中的曲面,方程左边的变矢量微分∂L环绕一周积分后为右边空间曲面的边界线。

B· dL = ∂/∂t ( E · ∂S)/c2左边取环绕一周的线积分,右边取环绕一周的面积分,两个积分区域是相同的,都是角度从0开始到2π结束,因而对方程两边的空间变量求环路积分,等式仍然成立

B·∂L = (1/c2 ∂t) (E·∂S)

这个就是麦克斯韦位移电流假设。

注意,式( B · ∂L) = 1/c2 ∂t(E· ∂S)中积分B·∂L是沿B的环绕方向的线积分, E·∂S是电场E在三维空间曲面上的分布, 可以认为磁场B在L上的分布【也就是(B·∂L)】就是电场E在三维空间曲面上的分布因曲面或者电场变化而产生的圆周边界线上的分布。

所以,磁场是一个线状环绕场,也可以说是旋涡场,磁场不像电场那样有一个发散或者收敛中心,所以,磁单极根本就不存在。
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