電磁波與電磁場有關嗎？摘要主流認為：電磁波就是運動的電磁場，是根據麥克斯韋方程總結出來的，但是麥克斯韋方程一定正確嗎？電磁波與電磁場是兩個完全不同的物理概念，二者怎么可能相關呢？通過對麥克斯韋方程的分析，可以說明位移電流和渦旋電場的假設并不正確，變化的電場不能產生磁場，變化的磁場也不能產生電場，電磁波與電磁場沒有關系，電磁波與聲波一樣是介質中的機械波。關鍵詞：麥克斯韋方程，電磁場，電磁波，以太麥克斯韋方程正確嗎？在科學的歷史上，對麥克斯韋方程的評價充滿了贊美之詞，很多人對它的評價非常高，甚至把它捧上神壇。但是麥克斯韋方程真的正確嗎？實際上，麥克斯韋方程僅僅來源于兩個假設，一個是位移電流假設，另一個是渦旋電場假設。但是，這兩個假設至今也沒有得到實驗的證明。位移電流假設在電磁學中，有一個很重要的定律——安培環路定律，這是一個經過實驗檢驗的理論，并且可以由畢奧－薩伐爾定律導出，它反映了磁場與載流導線的關系：。但是，這個定律的成立是有條件的，并不是在任何條件下都成立（其條件為：導線是無限長的直導線，如果導線的長度是有限的或不是直的，安培定律就不成立）。麥克斯韋是在安培定律的基礎上，提出了位移電流假設，得到全電流定律：。但是，麥克斯韋的全電流定律也是有條件的，并不是在任何條件下都成立（與安培環路定律成立的條件相同）。最關鍵的是：麥克斯韋的位移電流假設引起了很大的爭論，位移電流能夠產生磁場嗎？最先否定位移電流假設的是RosserandG.V.W.[1]，北京大學物理系的趙凱華教授[2]直接否定了位移電流產生磁場，特別是清華大學物理系的高炳坤教授[3]，在摘要中只有一句話：“直接論證了位移電流不激發磁場”，蘇景順、謝革英[4]從理論上證明了位移電流不能產生磁場。類似的文章還有很多，例如：朱久運[5]、李元勛[6]、江俊勤[7]等教授都是這個觀點，因此，麥克斯韋所提出的位移電流假設就有了很大的疑問，而且很多實驗證明：存在變化電場的情況下，測量不到磁場，例如：平板電容器中。在任何條件下都成立的只有畢奧－薩伐爾定律（還沒有發現它不成立的例子），或者說，沒有真實的電荷移動，就沒有磁場。渦旋電場假設電磁學中的另外一個重要定律是法拉弟電磁感應定律：磁場中的一個導體回路，由于某種原因引起穿過回路的磁通量發生變化時，可以產生感生電動勢，且正比于磁通對時間的變化率：。麥克斯韋把法拉弟電磁感應定律的應用范圍推廣到介質或真空中的任意閉合曲線的情況，表示為，其中，E表示渦旋電場。但是，真理往前再跨一步就會成為謬誤，法拉弟定律的前提條件是：導體回路。如果沒有這個條件，法拉弟定律也不成立，麥克斯韋直接把這個條件去掉了，這個方程還能成立嗎？在導體回路中，產生感生電動勢的原因是洛侖茲力的作用，并不是電場的作用，如果沒有導體中的自由電子，無論磁通量如何變化也不可能產生出電場。因此，麥克斯韋的這個方程并不是在任何情況都成立，或者說，渦旋電場的產生需要一定的條件，例如，你在真空中無論如何揮動磁鐵，也不可能產生出電場。在任何條件下都成立的是電場強度的決定式：E=kq/r2，或者說電荷q必須存在。曾清平教授[8]在《大學物理實驗》雜志上連續發表了十篇關于法拉弟感應定律的文章，他在文章中明確指出：“時變磁場不產生電場，法拉弟和麥克斯韋的磁生電都是錯誤的，感生電流的產生都是洛侖茲磁場力的作用結果，不是法拉弟磁通量變化率產生的電動勢，更不是磁通量變化率產生旋度電場的作用結果”。可惜的是：沒有引起學界的重視。綜上所述：“變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場”這種表述方法并不準確，甚至是錯誤的，而且只是一種表象。其實質是：沒有電荷就不會存在電場，沒有電荷的運動就不會存在磁場。波動方程的推導絕大多數的學者認為：可以從麥克斯韋方程組推導出波動方程。但必須有如下假設：?×H=?D/?t，?×E=-?B/?t，??B=0，??D=ρ，其中，D=εE，B=μH，c2=1/εμ。根據上述假設，確實可以推導出波動方程：?2E/?t2=c2?E，或?2H/?t2=c2?H，而且波動方程的解也可表示為：E=E0cos(ωt-kx+Φ)，或H=H0cos(ωt-kx+Φ)。但是，雖然用麥克斯韋方程組可以推導出波動方程，我認為那也只是數學上的游戲，沒有任何物理上的意義，其原因如下：理想的平面波并不存在，假設電磁波為理想的平面波所推導出來的方程不具有普遍意義；?×H=?D/?t和?×E=-?B/?t這兩個假設，有可能在某種條件下成立，但在沒有自由電荷存在的情況下是不可能成立的，而且波動方程的解也不滿足這兩個假設，除非E0=ZH0，其中Z是真空波阻抗；波動方程的解也無法滿足??B=0，??D=ρ，而且，在自然界中，也沒有找到具有波動性的電場或磁場；在平面電磁波中，E和H是同相位的，同時變大或變小，這也是方程組無法解釋的，或者說，E和H都是從哪里來的？D=εE，B=μH，c2=1/εμ這三個假設的根據是什么？如果真空中什么都沒有，ε、μ這兩個物理量的物理意義是什么？電磁場的本質電場和磁場都不能脫離源而存在在任何情況下，我們都可以運用電場強度的決定式E=kq/r2求出任何一點的電場強度（這里隱含了一個假設：電場沒有傳播速度，或傳播速度為無窮大），在任何情況下，都可以運用畢-薩定律求出任何一點的磁場強度，或者說，任何關于計算電場或磁場的強度公式都可以由這兩個基本公式推導出來，如果與這兩個基本公式相悖，其結果很可能都是錯誤的。電場與磁場的關系電場是電荷產生的，沒有電荷就沒有電場，磁場是運動電荷產生的，沒有電荷的運動就沒有磁場。根據電場強度的決定式和畢—薩定律可以得出：。從這個關系式可以看出：當電荷的運動速度一定時，在任何一個觀察點，磁場與電場之比是一個常數，與距電荷的距離無關，也說明了當電場強度一定時，磁場只與相對速度有關。從電場與磁場的關系可以看出：電場是本來就有的，只要有帶電粒子存在，它是粒子的屬性，但磁場與電場完全不同，它只有帶電粒子運動時才存在，沒有運動就沒有磁場。電場與磁場的本質所謂的“場”，是為了解釋“超距作用”而被引入到物理中的，它是一個抽象概念，指的是具有相互作用的空間，場被定義為物質的固有屬性，是物質與生俱有的。電場，是一種真正的“場”，它是帶電粒子的固有屬性，與引力場具有相似的性質。但是，磁場并不是真正的“場”，而是一種帶電粒子的運動效應。電場與磁場具有本質上的區別，一個是帶電粒子固有的性質，與觀察者無關，另一個是帶電粒子相對觀察者運動時才產生的效應。電磁波是什么？所謂的“波”，是指介質中的振動，是能量在介質中的傳播。電磁波是“波”，沒有人懷疑，它具有一切機械波的所有性質，與空氣中的聲波具有非常相似的性質，很多在聲波的定理、公式可以在電磁波中直接應用。如果用電磁場的理論解釋電磁波，很多電磁波的性質根本無法解釋，因為場與波是兩種完全不同的物理概念，二者風馬牛不相及。電磁波是什么波呢？本文認為：電磁波就是以太[9]中的波，是粒子在以太中振動形成的。之所以稱為電磁波，完全是歷史的誤會。如果電磁波是以太中的波，所有的物理量才具有物理意義：E代表以太壓強的變化量，H代表體積元的速度，ε代表以太的體積壓縮系數，μ代表以太的密度，Z=E0/H0、c2=1/εμ才是合理的。電磁波的產生電磁波與其它波一樣，其產生的必要條件是：粒子的振動，電場或磁場的變化并不能產生電磁波。如圖1所示的電路中，如果把線圈屏蔽，無論線圈中的信號如何變化，也無法產生電磁波，但磁棒（鐵氧體）的周圍卻存在變化的電場和變化的磁場，說明了變化的電場和磁場是無法產生電磁波的。圖1.只產生交變電場和磁場的磁棒那么，電磁波是如何產生的呢？實際上，任何波的產生必須要有物體的振動，或者說，任何物體的振動都可以產生波，但這個物體的加速度不能是常數。在天線中，產生電磁波的必要條件是電子的振動，在天線中，電子是如何振動的呢？如圖2所示，是一個常見的半波天線發射系統，它是由兩個長度為λ/4的導體組成，發射機的作用是從一個導體中抽取電子，傳遞給另一個導體。圖2.電磁波的產生如果交變的電流能夠產生電磁波，就不需要對天線系統提出其他要求，只要天線上存在足夠強的電流即可。為什么要對天線提出很多的要求呢？是為了使電子獲得充分的振動。電子是如何振動的？當發射機對其中一個導體注入電子時，由于導體內部不能長時間存在凈電荷，多余的電子將會向導體的表面運動（趨膚效應），但是電子又無法脫離導體，就會象氣球從水中浮出一樣，在導體的表面形成振動（這也是形成高次諧波的主要原因）。為什么天線導體的長度為λ/4？為了使電子振動的強度最大。由于電子的密度波（相當于水管中的水擊波）速度與光速相近，當導體的長度為λ/4時，會導致密度波的疊加，從而增加電磁波的強度。電磁波的強度與天線上電子的振動有關，可以通過波動方程描述；電場的強度與天線上的電勢有關，與電流強度無關，可以通過電場強度的決定式求出；磁場的強度與天上的電流強度有關，與天線上的電勢無關，可以通過畢—薩定律求出。電場和磁場構成天線的近場，電磁波構成天線的遠場。可以看出：這三個物理量都沒有直接的關系。電磁波的偏振任何介質中的波，是否偏振是由波源決定的，如果波源縱向振動的同時還存在橫向運動，那么，它所產生的波一定是偏振的，如果橫向運動是一維的，它就是線偏振，如果是二維的，它就是橢圓偏振。在天線上，由于電子振動的位置是變化的，也就是說，電子振動最大值的位置是隨著時間改變的，因此，天線所輻射的電磁波也是偏振的，如果天線是直的，電磁波就是線偏振，如果天線是圓形的，電磁波就是圓偏振。電磁波的傳播在天線周圍，即存在電磁場，也存在電磁波，但電磁場是無法向外傳播的，因為它只能存在于天線的周圍。電磁波的傳播方式與聲音在空氣中的傳播方式是相似的，所不同的是：空氣介質的運動是簡諧振動，而電磁波介質的的運動方式是橢圓運動。有一位知乎網友SiCo，在《失落的秘密——基于以太的電磁波模型》中，給出了電磁波在以太中的傳播過程。他在文中寫到：“當我看到這個基于以太的模型的時候，一下子被震撼到了，這解釋了我若干天以來對電磁波的若干困惑：電磁波的形狀，電磁波怎么傳輸，磁場和電場到底什么關系，電磁波為什么沒有能量耗散，電磁波的方向，所有的問題，被這個模型一下子就解決了。這個基于以太的電磁波模型，實在是太美了！這就是物理的美，甚至勝過數學的美！用一個形象驅動，遠勝過用一堆算式去推導”。詳情請參閱：/p/310097037結論電磁波與電磁場是兩個完全不同的概念，二者幾乎沒有關系，電磁波實際上是以太中的波（麥克斯韋也承認以太的存在），把電磁波當作運動的電磁場，是否定以太后的無奈之舉。參考文獻[1]Rosser,andG.V.W.."Doesthedisplacementcurrentinemptyspaceproduceamagneticfield?."Am.j.phys44.12(1976):1221-1223.[2]趙凱華.位移電流不激發磁場簡例[J].大學物理，2001,20(6):40-40[3]高炳坤.對《位移電流不激發磁場簡例》一文的補充[J].大學物理,2002,21(9):30-31.[4]蘇景順,謝革英.似穩條件下位移電流不激發磁場的證明及其例證[J].河北建筑工程學院學報，2007,25(4):3[5]朱久運.關于位移電流激發的磁場[J].大學物理，1983，2(11)：9-12[6]