电磁场,重力场,引力场,“场”到底是什么?
在中学学习过程中,我们知道重力的存在。它使得抛出的物体能落回地面;使得人能安然地生活在地球上,本人不至于漂浮到外太空。
万有引力的存在使得天体之间互相吸引。月球之所以绕地球运动,地球等行星之所以绕太阳运动,都是因为天体之间存在着万有引力。
电荷之间相互吸引或者排斥,是因为有电场力的存在。磁体之间相互吸引和排斥,是因为有磁场力的存在。
电磁力,引力这些场力的存在非常让人疑惑。原因在于,力是物体之间的相互作用。像弹力,摩擦力,这些里的产生是物体之间确实相互接触。就像你要移动桌子上的水杯,一定要和它接触,如果没有任何接触怎么会产生里呢?那么像电荷之间,磁体之间,天体之间两个物体并没有相互接触,怎么会有力的产生?
高中物理解释说,他们通过一种特殊的物质接触,这种物质称为场。场存在的唯一作用就是提供力,各种场力。我们在研究场时,用辅助线去描述各种场(电场线,磁场线);甚至可以结合物体的受力,来定量的比较场的大小。
但是场到底是一种什么物质?高中物理只是抱着一种工具主义者的态度,只要求知道物体的受力,场在空间中某点分布的强弱大小,就可以了。而并没有进一步的细讲。
那么电磁场,重力场,引力场,“场”到底是什么?
引力场到底是什么?
实际上根据爱因斯坦的相对论,大质量的物体会使空间扭曲。就像你在绵软的大海绵上放置一个铅球一样。引力场是物质在空间中产生的空间弯曲效应。具体来讲,物体在真空中将做匀速直线运动,但是空间扭曲,物体在该弯曲空间内就做圆周运动。这就是引力场的真相。
电场和磁场是什么?
在高中学习,我们知道静止的电荷周围存在静电场;静止的磁体周围存在磁场。而且随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场总是以光 速向四周传播,形成电磁波。光就是一种电磁波。那么电磁场或者说光,到底是什么呢?
实际上在高中学习过程中,我们主要体现了电磁场的波动性,也就是说你可以把电磁场看成一种波,它可以给电荷或磁体传递力和能量。唯一和机械波的不同处是,它不需要介质就可以传播。随着量子力学的诞生和发展,人们发现能量是不连续的,电磁波也有动量,光也有动量。也就是说电磁场既有波动性又有粒子性,所以电磁场即是波又是粒子。后来人们进一步研究,通过实验发现实际上实物粒子也有波动性。那么波动性和粒子性,实际上就是事物的一体两面。
虽然我们现在对于电磁波的利用非常广泛和成熟,包括无线电通信,红外线加热,紫外线杀菌,医学上利用射线做手术等等,但是电磁波到底该和日常生活中的事物来类比或者比喻呢?好像没有一个合适的。因此课本上也只能无奈地说:电磁场是物质存在的一种特殊形式。