wja2019的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/wja2019

博文

论运动介质的麦克斯韦方程 (拓展的麦克斯韦方程)

已有 3223 次阅读 2022-3-28 10:51 |系统分类:论文交流

论运动介质的麦克斯韦方程

(拓展的麦克斯韦方程)

王建安

深圳大学物理系, 深圳, 中国

Jian’an Wang

Department of Physics, Shenzhen University, Shenzhen, China

Email: wja@szu.edu.cn

 


研究的重要意义:

运动介质的麦克斯韦方程组与静止介质的麦克斯韦方程组如果被证实形式的确是不同的,理论物理意义重大,因为相对性原理将被改写,将回答物理定理到底是在什么参照系下形式不变?惯性系?非惯性系?或以太系?


摘要:

本文基于新的以太理论探讨了运动介质的麦克斯韦方程,得出了结论:运动介质的麦克斯韦方程本质上是介质不完全拖拽以太的麦克斯韦方程;只要介质完全拖拽以太则所有介质的麦克斯韦方程形式相同。

 

Abstract:

Based on the new aether theory, the maxwell equation of moving medium is discussed in this paper, and the conclusion is drawn that maxwell equation of moving medium is maxwell equation of medium dragging aether incompletely in essence. Maxwell's equations are the same for all media as long as the medium is completely dragging the aether.

 

引言:

拓展的麦克斯韦方程组即运动介质的电动力学,这个导致爱因斯坦发展出狭义相对论的著名问题,最近再一次成为中国科技界的热点话题。在热烈的讨论过程中,有一个问题笔者认为概念模糊不清,那就是什么是“运动介质”?根据狭义相对论,运动是相对的,一个物体(包括介质)是否运动取决于观察者参照系的选取。比如,在地面上,一个相对地球运动的介质(比如正在飞行的飞机窗户上的一块玻璃)和一个相对地球静止的介质(比如停在机场的飞机窗户上的一块玻璃),如果观察者把参照系都放在介质上,那么这二个介质(二块玻璃)是不是都可视为是静止介质?其上的麦克斯韦方程组是不是都应当是如下的静止介质的形式?

                                             


如果回答“yes”,那么运动介质与静止介质本质上就没有什么不同。运动介质的麦克斯韦方程问题根本就不存在。所以,如果观察者参照系的不同选择而导致不同形式的麦克斯韦方程的产生,那就肯定是犯错误了。因为根据相对性原理,物理定律在所有惯性系中形式都必须相同。

如果回答“no”,那就是认为运动介质与静止介质本质上是不同的,运动介质的麦克斯韦方程问题是还没有解决的问题。所以,运动介质的麦克斯韦方程与静止介质的形式应当不同,与观察者参照系的选择无关。

王中林院士的拓展的麦克斯韦方程组的回答显然是no,但又想要与狭义相对论兼容,所以引起争论。以上是笔者对这场争论的一个归纳总结。

 

1、运动介质的概念

十九世纪初,随着光的波动说逐渐被人们接受,大家凭借对水波、声波等机械波的理解,认为光也应该有一种介质。这种介质在当时被称为以太。在当时,描述运动介质和以太之间关系的假说有三种:

1) 介质完全拖动以太(斯托克斯的完全曳引假说,1845年)。

2) 介质完全不拖动以太。

3) 介质部分拖动以太(菲涅尔的部分曳引假说,1818年)。

在狭义相对论的修正[1]一文中。作者已经给出了各种以太绝对参照系的概念。比如,在地球上地球以太就是绝对参照系;在太阳系,太阳以太就是绝对参照系。对于导线内的自由电子而言,导线内由全体含有原子核的正离子的以太构成参照系就是绝对参照系。对于原子内部,原子核的以太就是绝对参照系。

由此可知,对于太阳系而言,地球、月球及所有行星都是拖拽以太的。而且离地心(月心或行星质心)越远拖拽以太的效应约弱。行星及卫星表面上一定厚度的空间是可以视为是完全拖拽以太的。

对于导线来说,无论在太阳附近、地球表面,无论以何种速度(远小于光速)运动也都可视为是完全拖拽以太的。

对于任何介质而言只要没有进入原子内部,无论该介质处在何种环境下以何种速度运动都可视为是部分拖拽以太的。原子内部的以太都是被原子核完全拖拽的。一旦进入原子内部,无论该介质处在何种环境下(星系中心靠近黑洞的区域除外)也无论其以何种速度运动,原子内部的以太都可视为是被原子核完全拖拽的。

介质的折射率越高介质拖拽以太的能力越强,介质所处环境的能量(即以太)密度越低(如地球表面的能量密度高于月球表面的)介质拖拽以太的能力越强。

所以我们可以给出运动介质及静止介质的严格定义:完全不拖拽及部分拖拽以太的介质为运动介质。完全拖拽以太的介质为静止介质。

由此可知,在地球上,相对地球运动的介质可视为运动介质,相对地球静止的介质可视为静止介质。在月球上,相对月球运动的介质可视为运动介质,相对月球静止的介质可视为静止介质。

 

电磁场的变换公式

在两个参考系K(地球) 和 K’ (飞机)上各取一个固定的坐标系oxyz和o’x’y’z’。为了方便,假设两个坐标系的对应坐标轴互相平行,同时设K’和K以速度v沿x轴的正方向运动,并且在t=t’时两坐标系的原点o和o’重合。

根据修正的光速不变原理[1]无论光源是否相对地球运动,光源所发出的光,相对地球以太系的速度是恒定不变的。电荷相对地球以太运动产生磁场。所以,静止在K系(地球以太系)中观察,麦克斯韦方程为:

通过洛伦兹变换我们得到在K’系(飞机)中测到的各电磁场分量为:

          

式中 



v是K’系相对于K系的速度。

如果K'系是一块运动的介质,那么在K'系中电磁波是什么情况呢?当介质相对地球静止时,介质内的电磁波满足如下方程:

 


当介质相对地球以速度v运动时,由于介质会部分拖拽以太,导致介质内的电磁波与没有介质(空气的折射率非常小,可近似为真空)的飞机内的电磁波有所不同。设v'为介质拖拽以太的速度(相对地球参照系); u=v-v’为介质相对介质内以太的速度,则有:

 

 

式中


u=v-v’是介质相对介质内以太的速度。介质拖拽以太的速度v’,与介质的性质(比如折射率n),介质的运动速度v,介质的大小以及介质所处环境(如地面,月球表面,太空深处)等因素有关。介质的折射率n越大、介质的体积越大,介质的运动速度越小则u越小。

当u=v-v’=0时,以太被介质完全拖拽(比如当地球上的无线电波进入位于月球表面的真空或静止于月球表面的介质中),此时,

 


导线也可视为完全拖拽以太的介质,因为无论导线如何运动,只要导线内的自由电子相对导线运动就会产生磁场。另外,介质内部接近材料的原子核的微观区域也可视为是完全拖拽以太的。任何微观粒子都有一个可视为完全拖拽以太的包围该粒子的以太层。

当u=v时,以太完全不被介质拖拽(比如当地球上的无线电波通过一没有玻璃的窗户进入正在飞行的飞机舱内的空间,那么机舱内的空间可视为是完全不拖拽以太的),此时,


电荷密度及电流密度的变换:

1)  如果电荷及电流元处在地球上,但不处在介质内,那么电荷密度及电流密度不会随观察者参照系的改变或介质的运动而改变,因为,根据新的以太论[1],电荷只有相对以太运动才会产生磁场,质量、长度及时间的速度效应本质上是粒子或物体相对以太运动所产生的以太效应,所以有:

 

2)  如果电荷及电流元是处在介质内的,当介质相对地球以速度v运动,且介质部分拖拽以太时,设v'为介质拖拽以太的速度(相对地球参照系);u=v-v’为介质相对介质内以太的速度,则有:

 

  

式中


3)    如果电荷及电流元是处在介质内的,当介质相对地球以速度v运动,且介质完全拖拽以太时,设v'为介质拖拽以太的速度(相对地球参照系);则u=v-v’=0为介质相对介质内以太的速度,有:


4)  如果电荷及电流元是处在介质内的,当介质相对地球以速度v运动,且介质完全不拖拽以太,则v’=0为介质拖拽以太的速度(相对地球参照系); u=v-v’=v为介质相对介质内以太的速度,则我们有:

 


式中


3、结论:

1)   运动介质的麦克斯韦方程问题本质上是介质不完全拖拽以太的麦克斯韦方程问题。

2)   只要介质完全拖拽以太而且自由电荷及电流元固定在介质上,那么所有介质的麦克斯韦方程形式相同,都是静止介质的形式,即:

3)   光相对以太的速度恒定不变,与光源及以太的运动无关----修正的光速不变原理。

4)   物理定理在所有以太系中形式相同----修正的相对性原理。

 

参考文献

[1].  Wang, J.A. (2019) The Modification of Special Relativity. Journal of Modern Physics, 10, 1615-1644. doi: 10.4236/jmp.2019.1014107.





https://m.sciencenet.cn/blog-3412139-1331364.html

上一篇:《量子力学的以太诠释》文章已发表
下一篇:用运动介质的麦克斯韦方程组(拓展的麦克斯韦方程组)解释高铁上手机信号为什么差

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 09:30

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部