法拉第力線的功績(jī)和誤導(dǎo)

PAGEPAGE12法拉第力線的歷史功績(jī)及其誤導(dǎo)司今（廣州毅昌科技研究院廣州510663E-mail:jiewaimuyu@126.com）摘要：英國(guó)物理學(xué)家邁克爾.法拉第于1831期間、在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)形成“力線”觀念，他用\o"磁力線"磁力線、電力線來(lái)描述磁鐵與帶電金屬球體周圍的力分布“狀態(tài)”；現(xiàn)在我們知道，那就是磁場(chǎng)、電場(chǎng)分布狀態(tài)線，其實(shí)就代表電荷、磁體周圍的力場(chǎng)強(qiáng)度分布強(qiáng)弱。力線思想直接影響高斯引入幾何學(xué)去解決球體電荷周圍的場(chǎng)強(qiáng)分布規(guī)律，啟迪麥克斯韋建立電磁波方程組。法拉第力線不僅奠定了近代場(chǎng)物理學(xué)的基礎(chǔ)，而且還將“看不見(jiàn)、摸不著”的場(chǎng)概念從抽象中解放出來(lái)，讓人對(duì)場(chǎng)概念有了更直觀地認(rèn)知。但法拉第力線同時(shí)也對(duì)后來(lái)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生很多誤導(dǎo)，而且這種誤導(dǎo)是帶有基礎(chǔ)性的，因此有必要對(duì)法拉第力線作進(jìn)一步解讀，本文正是本著這一思想嘗試性地去探討法拉第力線的功過(guò)是非。關(guān)鍵詞：法拉第力線高斯定理場(chǎng)物理學(xué)電子電場(chǎng)磁偶極子單極磁子中文分類號(hào)：0441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0、引言牛頓力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)大廈的基礎(chǔ)，認(rèn)真理解和分析牛頓力學(xué)體系很有必要?？v觀牛頓力學(xué)體系，他應(yīng)包含二個(gè)相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容：1、接觸力力學(xué)：他提出了牛頓三大定律，即慣性定律，加速度定律、作用力與反作用力定律，主要解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)、彈性、摩擦等方面的宏觀力學(xué)問(wèn)題。2、非接觸力力學(xué)：他給出了萬(wàn)有引力定律，它是開(kāi)普勒第三定律與惠更斯圓周運(yùn)動(dòng)定律相結(jié)合的產(chǎn)物，是“場(chǎng)”物理學(xué)的雛形。牛頓萬(wàn)有引力以及后來(lái)的庫(kù)倫電、磁荷力公式出現(xiàn)時(shí)，還沒(méi)有“場(chǎng)”概念提出，人們只知道這三個(gè)定律描述的力都符合平方反比規(guī)律，并不知道如何解讀和統(tǒng)一描述它們。是一位名不見(jiàn)轉(zhuǎn)的小實(shí)驗(yàn)師法拉第開(kāi)始嘗試用力線思想來(lái)解釋當(dāng)時(shí)條件下的一些電、磁現(xiàn)象，這種形象化的力線思想由于直觀且可以驗(yàn)證，很快就得到物理學(xué)界的認(rèn)可，如圖-1就表示了法拉第對(duì)力線的描述與驗(yàn)證。力線思想其實(shí)就孕育著物理學(xué)“場(chǎng)”思想的出現(xiàn)，同時(shí)也預(yù)示著電磁學(xué)與牛頓經(jīng)典力學(xué)決裂時(shí)刻的到來(lái)；高斯定理與麥克斯韋方程組的出現(xiàn)奠定了“場(chǎng)物理學(xué)”的基礎(chǔ)，從此，物理學(xué)進(jìn)入了電磁場(chǎng)、量子場(chǎng)、曲率場(chǎng)等群“場(chǎng)”逐鹿的時(shí)代。圖-1法拉第電、磁力線的描述與實(shí)驗(yàn)1法拉第力線[1]力線就是用來(lái)直觀地圖示\o"電場(chǎng)"電場(chǎng)分布的虛設(shè)的有向曲線族，曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)電場(chǎng)方向一致。17世紀(jì)初，“力線”這一術(shù)語(yǔ)已在描述有關(guān)磁的現(xiàn)象中提到。\o"M.法拉第"M.法拉第在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)(1831年)形成“力線”觀念，他用\o"磁力線"磁力線來(lái)描述磁鐵周圍的“狀態(tài)”（現(xiàn)在理解為場(chǎng)）。以后在研究電介質(zhì)性質(zhì)時(shí)，他注意到電介質(zhì)的極化情況與軟鐵的磁化情況非常相似，促使他引入電力線來(lái)描述帶電體周圍的“狀態(tài)”。法拉第并不擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，因此，他幾乎完全用幾何和物理的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)明他所觀察到的電磁現(xiàn)象。力線還是他用來(lái)批判當(dāng)時(shí)居統(tǒng)治地位的\o"超距作用"超距作用觀念的武器。在他看來(lái)，力線是物質(zhì)的，充滿了整個(gè)空間；力線好像橡皮筋，在縱向具有張力，在橫向彼此排斥；力線從一個(gè)帶電體聯(lián)向另一個(gè)帶電體，從而以張力作用于帶電體上，在介質(zhì)外的空間區(qū)域，電介質(zhì)材料具有聚集電力線的作用，等等。法拉第還進(jìn)一步設(shè)想電力管，它是一些與閉合曲線相交的電力線圍成的管子，管中電力線數(shù)為常數(shù)；空間任一點(diǎn)垂直于力線單位截面上的力線數(shù)反映了該處的電力強(qiáng)度（即\o"電場(chǎng)強(qiáng)度"電場(chǎng)強(qiáng)度）。法拉第的力線觀念曾啟發(fā)W.湯姆孫（即\o"開(kāi)爾文"開(kāi)爾文）對(duì)電磁現(xiàn)象同其他物理現(xiàn)象如流體的流動(dòng)、熱流以及固體彈性作對(duì)比研究(1847～1854)，并鼓勵(lì)\o"J.C.麥克斯韋"J.C.麥克斯韋研究建立電磁現(xiàn)象的統(tǒng)一理論(1856～1864)。然而，法拉第賦與電力線過(guò)多的物質(zhì)性質(zhì)，如看成橡皮筋、具有張力等等，帶有機(jī)械論色彩。1864年麥克斯韋宣讀的一篇論文中去掉了開(kāi)始曾啟發(fā)他而其實(shí)并不需要的力線模型，僅保留了數(shù)學(xué)方程組和場(chǎng)（僅作為描述以太狀態(tài)）觀念，并把他的體系定名為“電磁場(chǎng)的動(dòng)力理論”。在麥克斯韋的電磁理論中，法拉第賦與電力線的力學(xué)性質(zhì)可根據(jù)\o"麥克斯韋脅強(qiáng)張量"麥克斯韋脅強(qiáng)張量得出?，F(xiàn)在，電力線僅看作描述電場(chǎng)分布的圖示法，它比較直觀和形象，不僅可用來(lái)圖示靜電場(chǎng)（從而可以圖算電場(chǎng)的分布），也可用來(lái)圖示非穩(wěn)恒時(shí)的電場(chǎng)以及輻射場(chǎng)，至今在物理教學(xué)和實(shí)用工程中仍廣泛采用。根據(jù)電場(chǎng)的性質(zhì)可導(dǎo)出電力線的若干性質(zhì)：①靜電場(chǎng)中，在沒(méi)有電荷的空間里，電力線一般不會(huì)相交，也不會(huì)中斷;②靜電場(chǎng)中的電力線不會(huì)閉合，它總是起于正電荷，止于負(fù)電荷；③在靜電場(chǎng)中，若孤立帶電體系的正、負(fù)電荷一樣多，則正電荷發(fā)出的電力線全部匯集于負(fù)電荷；④靜電場(chǎng)中電力線與等位面正交；⑤靜電場(chǎng)中導(dǎo)體附近的電力線與導(dǎo)體表面垂直；⑥靜電場(chǎng)中電力線不能起止于同一導(dǎo)體上；⑦在變化的磁場(chǎng)周圍形成環(huán)形閉合電力線；⑧勻速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的電力線朝赤道面（帶電粒子所在處垂直運(yùn)動(dòng)方向的平面）方向密集；⑨輻射場(chǎng)的電力線有垂直徑向的橫向成分，等等。一些典型情形的電力線分布如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。然而，以一根根分立的電力線表示電場(chǎng)并不能真正反映電場(chǎng)的空間連續(xù)分布，而通過(guò)垂直單位截面的電力線數(shù)也不能準(zhǔn)確反映電場(chǎng)的量值；因此用電力線圖示電場(chǎng)只是近似的。與電力線數(shù)所對(duì)應(yīng)的嚴(yán)格的物理量是電場(chǎng)強(qiáng)度的通量。通過(guò)任意面積S的電場(chǎng)強(qiáng)度通量定義為電場(chǎng)強(qiáng)度E對(duì)面積的積分式θ中為場(chǎng)強(qiáng)與面元dS法線方向之間的夾角。盡管如此，在工程上仍常根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的等勢(shì)面繪制電力線分布圖，并用圖解法近似計(jì)算電場(chǎng)分布。2法拉第力線的物理意義2.1孕育“場(chǎng)”思想法拉第力線雖是從磁鐵周圍吸引鐵屑啟示中抽象出來(lái)的（圖-6），但實(shí)際上他揭示的是力作用可以用“場(chǎng)”描述的思想，是對(duì)力的起源問(wèn)題最直觀的認(rèn)知；它為后來(lái)的高斯定理和麥克斯韋方程組的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，并由此開(kāi)啟了有別于牛頓力學(xué)的“場(chǎng)物理學(xué)”時(shí)代的正式誕生，并將牛頓的力與宏觀、微觀世界聯(lián)系在了一起。場(chǎng)是什么？場(chǎng)是指物體在空間中的分布情況，場(chǎng)可以用空間位置函數(shù)來(lái)表征，場(chǎng)形成了一個(gè)“空間的狀態(tài)”；場(chǎng)又是一種特殊物質(zhì)，看不見(jiàn)摸不著，但它確實(shí)存在，比如引力場(chǎng)、磁場(chǎng)等等。場(chǎng)可以分為標(biāo)量場(chǎng)、矢量場(chǎng)和張量場(chǎng)三種，依據(jù)場(chǎng)在時(shí)空中每一點(diǎn)的值是標(biāo)量、矢量還是張量而定。定義場(chǎng)是一個(gè)“空間數(shù)”，不應(yīng)該減損場(chǎng)在物理中所具有的真實(shí)性。場(chǎng)占有空間并含有能量。場(chǎng)的存在排除了真正的真空，真空中沒(méi)有物質(zhì)，但并不是沒(méi)有場(chǎng)；物理學(xué)家認(rèn)為動(dòng)量應(yīng)該存在于場(chǎng)之中，如圖-6磁鐵吸引鐵屑此認(rèn)定讓物理學(xué)家們相信電磁場(chǎng)是真實(shí)存在的，使得場(chǎng)概念成為整個(gè)現(xiàn)代物理的范式。2.2揭示二個(gè)相互吸引的物體有“源”、“匯”存在從法拉第給出的正、負(fù)電荷力線圖-7中，我們可以看出，對(duì)于二個(gè)相互吸引的異性電荷力線，它們存在“源”與“匯”?！霸础本褪橇€發(fā)出的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)可以是點(diǎn)電荷、點(diǎn)磁荷、點(diǎn)質(zhì)量等，是一種理想化的點(diǎn)，與牛頓力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)概念相同；“匯”就是力線匯集的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)可以是點(diǎn)電荷、點(diǎn)磁荷、點(diǎn)質(zhì)量等，也是一種理想化的點(diǎn)概念。圖-7正、負(fù)電荷源、匯力線分布“源”與“匯”思想不僅揭示了物理學(xué)中力產(chǎn)生的本質(zhì)，更體現(xiàn)了力傳遞中的一種守恒性，即從“源”中發(fā)出多少根力線，“匯”就會(huì)接受多少根力線；同時(shí)它也體現(xiàn)了“源”、“匯”之間力作用的空間對(duì)稱性；守恒性與對(duì)稱性正是目前物理學(xué)研究的二大核心支柱。2.3揭示力線密度與基本粒子場(chǎng)的關(guān)系有“源”、“匯”存在，就必然有空間力線分布密度的不同，法拉第力線真正的物理思想不僅體現(xiàn)出“非接觸力”中場(chǎng)傳遞力的思想，同時(shí)還體現(xiàn)了力強(qiáng)度大小與空間力線密度分布有關(guān)；當(dāng)然，這個(gè)密度可以有二種描述方式：（1）曲面密度，,即高斯定理描述球體場(chǎng)時(shí)所用的球曲面上的力線分布密度。圖-8庫(kù)倫扭秤（2）平面密度，,這就是高斯定理在描述楞次電磁感應(yīng)定律所使用截平面上的力線分布密度。至于這二種密度思想運(yùn)用上的區(qū)別，我會(huì)在《高斯定理的物理意義及其在場(chǎng)物理學(xué)中應(yīng)用的得與失》一文中給予論述，敬請(qǐng)關(guān)注！法拉第力線的本質(zhì)是一種基本“荷”思想。從庫(kù)倫扭秤實(shí)驗(yàn)如圖-8中，我們可以看出，給測(cè)試金屬小球充電時(shí)，因電子的趨膚效應(yīng)電子就會(huì)均勻地分布在球體表面，如圖-9；那么，如果把每個(gè)電子所具有的電量定義為一根力線，則我們測(cè)試球上的曲面力線就可以代表球體上所具有的基本電子個(gè)數(shù)多少，球體表面均勻分布的圖-9充電金屬球的電力線分布每個(gè)電子代表一個(gè)力線，則每個(gè)力線就可以代表一個(gè)電子存在。2.4定性電荷是單極場(chǎng)，磁荷是偶極場(chǎng)法拉第在給出幾種“荷”場(chǎng)的力線時(shí)，形式是不同的，具體圖示就是圖-10所包含的正、負(fù)電荷力線分布、磁鐵的磁力線分布和牛頓質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的引力線分布。圖-10電荷、磁荷、質(zhì)量力線分布當(dāng)然，質(zhì)量力線應(yīng)是后人引入的。從上述幾個(gè)“荷”概念下的力線繪制圖中可以看出，電荷、磁荷、質(zhì)量概念雖然都是與力有關(guān)的概念，但由此所產(chǎn)生的力線分布形式是不同的，具體說(shuō)就是，電荷、質(zhì)量點(diǎn)的力線方向是收斂的，正電荷的力線方向是發(fā)散的，磁荷是偶極子，電荷、質(zhì)量點(diǎn)是單極子。2.5我的“場(chǎng)”觀點(diǎn)我們平時(shí)所說(shuō)的“場(chǎng)是物質(zhì)”，那是一種哲學(xué)陳述，我們不能因?yàn)椤皥?chǎng)是客觀存在”就將它看作是與有形物體等同，因此，我們有必要將哲學(xué)上認(rèn)為的“客觀存在就是物質(zhì)”的概念與我們今天物理學(xué)所研究的客觀存在—物體概念區(qū)分開(kāi)來(lái)，否則我們的物理學(xué)將永遠(yuǎn)擺脫不了哲學(xué)“大而模糊”的泥潭。概念清晰是物理學(xué)與哲學(xué)的最大區(qū)別，也是物理學(xué)研究與哲學(xué)研究的最大不同，但縱觀我們的物理學(xué)，其中很多物理概念還是沿用哲學(xué)思想來(lái)定義，其結(jié)果必然造成人們對(duì)物理學(xué)概念上認(rèn)識(shí)的模糊和混亂，如物理學(xué)中的物質(zhì)概念、時(shí)空概念、質(zhì)量概念等，都多多少少還保留著哲學(xué)血統(tǒng)。同時(shí)，我們也應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，“場(chǎng)”是今后物理學(xué)研究和發(fā)展的首要靈魂，但我們目前關(guān)于“場(chǎng)”的理論就有好多種，如牛頓的質(zhì)量場(chǎng)、庫(kù)倫的電荷場(chǎng)、庫(kù)倫的磁荷場(chǎng)、愛(ài)因斯坦的空間彎曲場(chǎng)、現(xiàn)代的量子場(chǎng)等，這說(shuō)明我們對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)是混亂和模糊的。目前，物理學(xué)產(chǎn)生困惑的根源應(yīng)是近代物理學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)“場(chǎng)”認(rèn)識(shí)不夠深刻、對(duì)場(chǎng)描述不夠合理，即不知道“場(chǎng)”的真正物理意義所至！牛頓力學(xué)、經(jīng)典電磁學(xué)、相對(duì)論、甚至量子力學(xué)等，最大的錯(cuò)誤就是忽略了對(duì)自旋及自旋所產(chǎn)生的物理效應(yīng)（自旋磁場(chǎng)）的研究，這應(yīng)引起我們的足夠重視；二十一世紀(jì)的物理學(xué)將是自旋研究深入發(fā)展的物理學(xué)世紀(jì)！那么，對(duì)于場(chǎng)是什么？該如何理解和描述？是擺在每個(gè)有志物理學(xué)深入探索的人必須要認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。我的“場(chǎng)”觀點(diǎn)就是：場(chǎng)就是物體自旋在其周圍空間所產(chǎn)生的物理效應(yīng)，這種效應(yīng)的直接表現(xiàn)就是自旋磁場(chǎng)性；場(chǎng)不具有物體性，但與物體存在及其運(yùn)動(dòng)變化有關(guān)。任何物體運(yùn)動(dòng)都是帶有自旋的運(yùn)動(dòng)（自旋包括物體整體的宏觀自旋和其內(nèi)部基本組成粒子的微觀自旋二種），物體自旋和平動(dòng)是它賴以存在的二個(gè)最基本要素。牛頓力學(xué)只強(qiáng)調(diào)了平動(dòng)速度變化與力的關(guān)系，沒(méi)有看到自旋速度存在和變化也與力有關(guān)系。3、法拉第力線的歷史功績(jī)3.1將“看不見(jiàn)、摸不著”的場(chǎng)概念從抽象中解放出來(lái)，讓人對(duì)場(chǎng)有了更直觀地認(rèn)知。3.2啟發(fā)高斯提出了高斯定理，并構(gòu)成整個(gè)經(jīng)典電磁學(xué)關(guān)于場(chǎng)描述的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。3.3啟迪麥克斯韋提出麥克斯韋方程組，并建立電、磁場(chǎng)互生理論（但這種理論沒(méi)有真正統(tǒng)一庫(kù)倫電、磁荷力公式）。3.4啟發(fā)W.湯姆孫（即\o"開(kāi)爾文"開(kāi)爾文）對(duì)電磁現(xiàn)象同其他物理現(xiàn)象如流體的流動(dòng)、熱流以及固體彈性作對(duì)比研究，并提出熱力學(xué)第二定律。3.5影響愛(ài)因斯坦創(chuàng)建廣義相對(duì)論。4、法拉第力線的誤導(dǎo)法拉第力線雖將“看不見(jiàn)、摸不著”的場(chǎng)從抽象概念中解放出來(lái)，讓人對(duì)場(chǎng)有了更直觀地認(rèn)知，但它也存在局限性和誤導(dǎo)性，具體來(lái)說(shuō)可以分為以下幾個(gè)方面：4.1將球形電容器的電場(chǎng)分布誤導(dǎo)成電子的電場(chǎng)分布電子力線真就像法拉第給出的那樣也是球體分布嗎？我看值得懷疑！我們知道，庫(kù)倫定律是通過(guò)宏觀帶電金屬小球?qū)嶒?yàn)總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，由于電子的趨膚效應(yīng)，帶電小球的電子可以均勻地分布在球體表面，如圖-9所示，法拉第的電荷力線分布思想正是從宏觀帶電金屬小球上電子均勻分布現(xiàn)象的啟迪中得來(lái)的；然而，我們的物理學(xué)卻把這種宏觀帶電小球圖-11電子電力線分布的力線分布圖景引申到單個(gè)電子、分子、原子、甚至地球上去（如圖-11），這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇?，也是現(xiàn)代物理學(xué)領(lǐng)域中沒(méi)有得到驗(yàn)證的最基本概之一?，F(xiàn)代物理學(xué)證明，單個(gè)電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)分布呈現(xiàn)區(qū)域性；假如我們能夠固定一個(gè)電子在被測(cè)試時(shí)不旋轉(zhuǎn)，我相信，靜態(tài)電子的電場(chǎng)分布也應(yīng)有區(qū)域性，如圖-12所示。電子電場(chǎng)的這種區(qū)域分布性猶似自旋電子的自旋磁場(chǎng)分布，帶有方向性和區(qū)域性，那么，我們就有理由去推測(cè)：電子的電場(chǎng)屬性與電子的自旋磁場(chǎng)屬性是不是同一種力場(chǎng)屬性的不同描述呢？現(xiàn)代物理學(xué)將電子的電場(chǎng)分布納入球體分布狀態(tài)，這使我們對(duì)電子電場(chǎng)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了模糊，看不到電子自旋的陀螺運(yùn)動(dòng)性存在，也使電子自旋產(chǎn)生自旋磁場(chǎng)的本質(zhì)得不到揭示（圖-13），最后電子力線球體分布概念不得不逼量子力學(xué)“走上梁山”—硬性圖-12運(yùn)動(dòng)正電子、自旋電子力線分布地將電子自旋也納入四個(gè)量子數(shù)之中，并無(wú)厘頭地引入自旋磁矩概念，讓量子力學(xué)在取得巨大的應(yīng)用成功中也得不到應(yīng)有地理解。4.2誤導(dǎo)高斯定理不能很好描述磁鐵磁場(chǎng)的分布規(guī)律法拉第認(rèn)為，電荷力線呈均勻球體狀態(tài)分布，高斯則繼承了法拉第的這一思想；他在提出高斯定理時(shí)，對(duì)電場(chǎng)分布的描述不得不采用球曲面；對(duì)于力線分布不能構(gòu)成球體曲面的磁體，其周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布就沒(méi)有辦法用高斯定理來(lái)很好地描述，如圖-14所示，球曲面就是所謂的高斯曲面。那么，對(duì)于磁鐵的磁力線密度該如何描述呢？高斯沒(méi)有作進(jìn)一步的系統(tǒng)論述，這將是他一生的遺憾！圖-14高斯定理球殼曲面隨著高斯定理在電磁學(xué)中的成功應(yīng)用，后人也將萬(wàn)有引力場(chǎng)納入了類似“球形電容器型力場(chǎng)”的分布形態(tài)中；從此，萬(wàn)有引力場(chǎng)分布與負(fù)電子力場(chǎng)分布成“等價(jià)態(tài)”，這就使地球南、北二極磁場(chǎng)產(chǎn)生的物理機(jī)制解釋撲朔迷離。我們知道，太陽(yáng)系的八大行星都有自旋性和極地磁場(chǎng)存在，這能不讓人多一條“物體自旋產(chǎn)生磁場(chǎng)”的猜想嗎？但是，在目前的學(xué)術(shù)樊籬下，這一思想是沒(méi)有成活機(jī)會(huì)的，我只能說(shuō)這是歷史的悲哀！4.3誤導(dǎo)人們將電子與磁子看做是二種不同粒子態(tài)帶有自旋磁場(chǎng)的電子真的具有電場(chǎng)和磁場(chǎng)二種不同的力場(chǎng)屬性嗎？靜電學(xué)和靜磁學(xué)在麥克斯韋電磁方程組出現(xiàn)之前是二門(mén)各自獨(dú)立的學(xué)科，因此，我們通常認(rèn)為是麥克斯韋統(tǒng)一了靜電學(xué)和靜磁學(xué)成現(xiàn)在的電磁學(xué)，其實(shí)這是一種極其錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。麥克斯韋方程組并沒(méi)有將庫(kù)倫電荷力與庫(kù)倫磁荷力統(tǒng)一起來(lái)，他的電磁方程組描述的只是電場(chǎng)與磁場(chǎng)可以相互轉(zhuǎn)化，即變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也可以產(chǎn)生電場(chǎng)；那么，我這里不禁要問(wèn)：電場(chǎng)是電荷的屬性，磁場(chǎng)是磁荷的屬性，我們可不可以說(shuō)，變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電子，而變化的電場(chǎng)也會(huì)生成磁子呢？可以這么說(shuō)，直到現(xiàn)在，我們的物理學(xué)并沒(méi)有真正統(tǒng)一靜電學(xué)和靜磁學(xué)，我們的電磁學(xué)還是將電子與磁子看做是二種不同態(tài)的粒子；這樣，我們就無(wú)法從根本上解決電荷與磁荷的真正統(tǒng)一問(wèn)題，也不能真正理解量子力學(xué)中電子自旋磁矩（即自旋電子產(chǎn)生的自旋磁荷到原子核質(zhì)點(diǎn)間的距離之積）產(chǎn)生的物理機(jī)制。4.4誤導(dǎo)人們相信“單極磁子”存在自法拉第電荷力線出現(xiàn)并應(yīng)用開(kāi)始，人們就一直相信單極磁子存在；直到現(xiàn)在，近代量子力學(xué)還在預(yù)言宇宙中存在單極磁子，但至今也沒(méi)有人找到可靠、有效的存在證據(jù)。如果宇宙中真有單極磁子存在，那么它們?cè)趺磿?huì)這么難于被發(fā)現(xiàn)呢？它們的磁場(chǎng)又該如何分布？我們只能再套用法拉第的電荷電場(chǎng)球形分布狀態(tài)去認(rèn)識(shí)它了，這樣就會(huì)產(chǎn)生像圖-15所示的圖景，這不就是法拉第電子電場(chǎng)力線分布的翻版嗎？從這個(gè)圖景可以看出，電子與單極磁子不就是同一種粒子嗎？只是對(duì)“荷”的定義與“場(chǎng)”的描述術(shù)語(yǔ)不同罷了。圖-15單極磁子磁場(chǎng)分布（想象圖）電荷與磁荷二個(gè)概念不能從根本上給予統(tǒng)一，這就迫使我們只能一味地強(qiáng)調(diào)用庫(kù)倫電荷力去認(rèn)識(shí)世界，而忽略了用偶極磁子觀念去認(rèn)識(shí)世界的重要性；其實(shí)，庫(kù)倫電子力與庫(kù)倫磁子力公式可以從洛倫茲力公式中得到統(tǒng)一，并且可以推出，庫(kù)倫電子力實(shí)質(zhì)就是庫(kù)倫磁子力；具體論述可參閱：司今的《物質(zhì)自旋與力的形成》[2]一文。4.5誤導(dǎo)人們相信“以太”存在法拉第一直相信：力線是物質(zhì)的，充滿整個(gè)宇宙空間，力線好像橡皮筋，即有縱向張力，又有橫向斥力。他的這種認(rèn)識(shí)本身就是“以太場(chǎng)”思想的前身，他直接影響著麥克斯韋開(kāi)始創(chuàng)建電磁波理論時(shí)也是以一種“以太場(chǎng)”模型為基礎(chǔ)的，雖然后來(lái)他拋棄了這一思想，但直到現(xiàn)在，還有很多人相信“以太場(chǎng)”的存在。那么，在電磁波傳播中，以太場(chǎng)有沒(méi)有必要存在呢？麥克斯韋后來(lái)的解釋是不需要的，因?yàn)樗J(rèn)為變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)又可以反過(guò)來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)，這就形成了一種互感互生的統(tǒng)一有機(jī)體，無(wú)法分割；如圖-16所示，這種解釋本來(lái)很優(yōu)美，但自從“紫外線災(zāi)難”和“光電效應(yīng)”出現(xiàn)之后，它就變得撲朔迷離了。仔細(xì)深究一下麥克斯韋電磁波理論，我們不難發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋之波是沒(méi)有粒子參與運(yùn)動(dòng)的純“場(chǎng)”圖-16麥克斯韋電磁波傳播示意圖之間變化的波，這就為后來(lái)量子力學(xué)的誕生和發(fā)展留下了廣闊空間?，F(xiàn)在，人們都還在堅(jiān)持認(rèn)為：我們手機(jī)之所以能夠接收到電信號(hào)，就是因?yàn)橛宣溈怂鬼f電磁波的存在。記得2012年8月，我參加完北京相對(duì)論聯(lián)誼會(huì)十年慶典后，回來(lái)，與會(huì)中相識(shí)的劉忠興老師同做一節(jié)車箱；我們就電磁波的本質(zhì)問(wèn)題展開(kāi)討論，我堅(jiān)持麥克斯韋無(wú)粒子電磁波是不存在的，并認(rèn)為電磁波的本質(zhì)就是帶有自旋磁場(chǎng)的光子流，老劉則堅(jiān)持認(rèn)為我是錯(cuò)的，并約定與我打賭；這時(shí)，滿車廂的人不但洗耳恭聽(tīng)我們的激烈爭(zhēng)論，而且都在用手機(jī)幫老劉上網(wǎng)查資料、并對(duì)我發(fā)難，催我快點(diǎn)掏出“賭金”來(lái)買(mǎi)東西給大家分享，就連一個(gè)漂亮女孩也轉(zhuǎn)過(guò)頭來(lái)反駁我：你說(shuō)電磁波不存在，那我家的彩電就沒(méi)有用了??？哈哈……看看，想扭轉(zhuǎn)麥克斯韋無(wú)粒子電磁波概念的錯(cuò)誤是多么難！4.6誤導(dǎo)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論得出離奇結(jié)論愛(ài)因斯坦在創(chuàng)建廣義相對(duì)論時(shí)，就受法拉第力線、“統(tǒng)一場(chǎng)”思想和高斯定理的影響，他在研究法拉第的電荷、磁荷、質(zhì)量力線分布圖景后，按照高斯定理對(duì)場(chǎng)幾何化描述的思路，引入了黎曼曲面幾何去解決他的“統(tǒng)一場(chǎng)”問(wèn)題；其實(shí)法拉第力線的球體分布及高斯定理用球曲面對(duì)場(chǎng)分布進(jìn)行描述的本身就存在一定的缺陷和誤區(qū)，結(jié)果必然會(huì)導(dǎo)致愛(ài)因斯坦得出他的“引力場(chǎng)”就是“時(shí)空彎曲”這一離奇結(jié)論。從本質(zhì)上講，愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論是對(duì)法拉第力線思想和高斯定理幾何化思路的再度推廣，是對(duì)開(kāi)普勒天體橢圓運(yùn)動(dòng)進(jìn)行“場(chǎng)”化后與牛頓力學(xué)結(jié)合，并重新引入黎曼數(shù)學(xué)進(jìn)行深度幾何化，然后用物理學(xué)語(yǔ)言給予新的“包裝”和“翻譯”的一種關(guān)于力的描述形式，他的力思想還沒(méi)有擺脫法拉第力線及高斯定理的束縛，因此，他創(chuàng)建的廣義相對(duì)論就必然會(huì)存在很大缺陷。5小結(jié) 法拉第力線思想不但將牛頓的非接觸力（主要指萬(wàn)有引力）從抽象引向直觀，而且開(kāi)創(chuàng)了用場(chǎng)概念去解讀力的場(chǎng)物理學(xué)，同時(shí)也奠定了現(xiàn)代電磁學(xué)的基礎(chǔ)。但由于受法拉第本人知識(shí)的局限和歷史發(fā)展的局限，力線思想必然會(huì)存在一些不足和缺陷，比如對(duì)電子電場(chǎng)分布的認(rèn)識(shí)、對(duì)場(chǎng)的物質(zhì)性認(rèn)識(shí)、對(duì)磁子的認(rèn)識(shí)等都存在一定的主觀色彩，這必然會(huì)對(duì)后來(lái)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生許多錯(cuò)誤的誤導(dǎo)，而且有些誤導(dǎo)是帶有基礎(chǔ)性的，比如對(duì)電子電場(chǎng)分布的認(rèn)識(shí)就存在極大錯(cuò)誤，致使量子力學(xué)在引入電子自旋和電子自旋磁矩時(shí)、讓當(dāng)時(shí)很多物理學(xué)“大家”們都不能接受，也為現(xiàn)代量子力學(xué)的發(fā)展蒙上了一層陰影，為量子力學(xué)的普及涂上了一層神秘色彩。重新解讀和認(rèn)識(shí)法拉第力線思想是驗(yàn)證現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)是否牢靠、今后物理學(xué)發(fā)展將想何處去的重要環(huán)節(jié)，希望本文觀點(diǎn)能夠引起廣大物理學(xué)研究者的關(guān)注和思考?！靖戒浺弧縖3]《論法拉第力線》（\o"英語(yǔ)"英語(yǔ)：OnFaraday'sLinesofForce）是\o"詹姆斯·麥克斯韋"詹姆斯·麥克斯韋于1855年發(fā)表的一篇論文[1]。這是他從閱讀了\o"麥可·法拉第"麥可·法拉第的著作《\o"電的實(shí)驗(yàn)研究（頁(yè)面不存在）"電的實(shí)驗(yàn)研究》（ExperimentalResearchesinElectricity）之后，得到啟發(fā)而撰寫(xiě)的一篇論文。麥克斯韋將法拉第想出的\o"場(chǎng)線"力線延伸為裝滿了\o"不可壓縮流體"不可壓縮流體的“力管”。這力管的方向代表力場(chǎng)（\o"電場(chǎng)"電場(chǎng)或\o"磁場(chǎng)"磁場(chǎng)）的方向，力管的截面面積與力管內(nèi)的流體速度成反比，而這流體速度可以比擬為電場(chǎng)或磁場(chǎng)。既然電場(chǎng)或磁場(chǎng)能夠比擬為流體速度，當(dāng)然可以要求電場(chǎng)或磁場(chǎng)遵守HYPERLINK"/wi