论电磁波的产生及传播

论电磁波的产生及传播

广东省博罗高级中学（516100） 林海兵

摘要：电磁波是一种特殊的机械波，它的传播媒质是电性子。它是由电子运动激发电性子而形成。

关键词：电磁波，机械波，电性子，感应电场，速度矢量，磁场，剪应变矢量

1 经典电磁波理论

自从十八世纪末人们发现电荷开始，人们对电的一步步深入地研究使人类社会进入了一个崭新的纪元，从磨擦起电到电流的产生，到电流的热效应，到电流的磁效应，到电流在磁场的安培力，一直到电磁效应，电自始至终都与磁有着密不可分的关系，这种超乎寻常关系引起了麦克斯韦的极大的关注，并对其进行了前所未有的探索，最终麦克斯韦建立了感应电场与磁场之间关系的方程组。

1.1 麦克斯韦电磁方程组

麦克斯韦电磁方程组所描述的是均匀的自由空间的感应电场与磁场之间的关系：

0=??E 1.1

t B E ??-=?? 1.2

0=??B 1.3

t E B ??=?? εμ 1.4

对于以上的四式中的1.1与1.3两式，人们一直以为，这是描述自由空间的感应电场与磁场均为涡旋场，所谓涡旋场，是指描述场的电场线或磁场线均是一系列的闭合曲线，电场线或磁场线没有起点也没有终点。对于1.2与1.4两式，人们又一直认为，这是描述感应电场与磁场之间的相互激发的关系：变化的磁场将产生变化的感应电场，变化的感应电场也将产生磁场。人们对以上四式进行求解而得到的平面波方程发现，这两个相互激发的感应电场与磁场在任何时刻始终保持同相。

1.2 对电磁波的产生与传播的描述

最终人们建立了以麦克斯韦电磁方程组为基础的一个十分完美的电磁理论，并预言了电磁波的存在，指出电磁波的传播速度等于光速，麦克斯韦甚至认为，光波的本质就是一种电磁波。

关于电磁波的产生与传播，人们开始认为这是它以“以太”为传播媒质的，但是经历了一系列的观察测量实验之后，人们始终没有能够观察到“以太”的存在，于是，人们最终否定了“以太”的存在。于是，关于电磁波的传播，人们以为它是依靠“电磁场”这种物质传播，但是“电磁场”又是怎样的一种物质，人们又说不清楚，只能说它不是由物质粒子构成了，虽然人们看不见它，但可以通常实验来观察它，它对放入其中的带电粒子等有力的作用。在电磁波的传播过程中，人们一直以为，由变化的电场产生变化的感应磁场，变化的感应磁场再产生了变化的感应电场，变化的感应电场又产生了变化的感应磁场，变化的感应磁场再产生了变化的感应电场……由于变化的电场与变化的磁场之间不断地交替产生，就形成了电磁波在空间的传播。

对于电磁波的空间传播图像，人们始终没有能够找到一个很好地描述其传播的图像，于是人们根据以上的电磁场的相互激发产生的机理，人们得了如图1所示的电磁波的传播图

像。但是，由于根据麦克斯韦电磁方程组的平面波的解可知，这相互激发的电场与磁场是相位相同的场。很明显，图1所示的电磁波的电场与磁场是具有不同相位的，电场产生的磁场的相位一定落后于电场，由磁场产生的感应电场的相位也一定落后于磁场。所以，图1的描述很明显是错误的。于是又出现了如图2所示的图像。确实，图2能够很好地反映了感应电场与感应磁场的相位关系，也能够很好地反映出玻印亭矢量与电场和磁场的关系。但是它同样地存在一个不可克服的缺点：空间的电场与磁场不是涡旋场吗？图2如何把这涡旋场表示出来，再者，人们总是说电场与磁场是相互激发产生的，图2又如何表示其相互激发的关系？

1.3 对“场”的认识

场到底是什么？它是怎样的一种物质？为什么放在其中的物体会受到力的作用？由于没有能够找到“以太”存在的证据，人们最终以为电磁波的传播不需要物质媒质，又唯心地认为，电磁场就是一种物质媒质，认为电磁场不是由物质粒子组成，电磁场又具有物质粒子一样的性质，对放入其中的带电粒子有力的作用，而且电磁场还有能量且传播能量。于是，物质开始虚无化，能量开始实物化。这种唯心的结果是能量可以脱离物质粒子而存在，能量可以在没有物质粒子的空间传播，能量甚至可以等价于物质并可以取代物质，最终导致了“能量”第一性，物质第二性的观点。

2 电磁波的机械波理论

电磁波到底是什么？它的传播是否真的不需要任何媒质？场到底是什么？物质与能量到底哪个更为本质？……这一切，在笔者发现暗物质之后，都可以迎刃而解了！

2.1 暗物质的发现

对于电源两极是否带有净电荷这个问题，笔者作了深入的讨论与分析，在进一步深入的研究中笔者最终发现了暗物质的存在。实际上，宇宙中所有的物体均由暗物质阴阳电性子构成无一例外，暗物质阴阳电性子是构成物体的最基本的物质微粒，除了原子或由原子构成的物体是阴阳电性子构成之外，在宇宙的任何一处空间，均存在着大量的阴阳电性子和由阴阳电性子结合而成的中性子。由于这些暗物质粒子（阴阳电性子和中性子分别是电磁波和光波的传播媒质，不发光也不反光，所以人们将永远无法看到这些粒子，所以笔者称之为暗物质）均是自由粒子，在空间的运动总是符合物理学属性第零定律，总是向着粒子数密度梯度方向作属性运动，所以在某一平衡的空间区域，无论是电性子粒子数密度也好，中性子密度粒子数也好，总是相同的，即在同一空间内电性子的阴性子或阳性子数量和中性子的数量是相同的。

2.2 机械波动方程组的发现

笔者还对机械波动作了深入地研究，笔者在研究机械波方程

)](cos[v x t A y -?=ω时认为，该方程没有很好描述出机械波波动过程，在机械波的产生与传播过程中，媒质发生的一系列的变化不能从该方程中表现出来，笔者想，是否存在一组与麦克斯韦方程组相似的方程，能够把媒质的特点和波动时媒质运动的变化等等相关的物理量进行尽情的描述呢？在进行

了一系列的分析之后，笔者构建了机械波波动的速度矢量Z 和剪应变化矢量L ，终于把机

械波波动方程组建立起来了：

0=??Z 2.1

t L Z ??-=?? 2.2

0=??L 2.3

t Z L ??=?? γρ 2.4

这方程组与麦克斯韦电磁方程组完全同形，这从某一方面反映了它们之间的关系，似乎在说，电磁波的实质就是机械波！人们因为看不见其传播的媒质——物质最基本的微粒电性子，所以人们就把由电性子产生的某种空间称之为场！这是情有可原的，但是，也是由场概念的引入与使用，却使物理学陷入了万劫不复的困境。

2.3 场的实质

场是什么？场不是什么特殊的物质！它是物质最基本微粒电性子或中性子的某一种空间。

在这个空间中，由于电性子或中性子粒子分布不均衡使这些电性子或中性子发生属性加速运动，于是这个空间便形成一个场，放入该空间的电荷或物体同样与空间的电性子或中性子一样作属性加速运动，似乎受到了什么力的作用。这种情况形成的场如库仑电场、重力场或万有引力场。

电性子空间体元发生剪切形变，这样的一个空间也是一个场，如果电荷在这种场中运动，也会受到这种环境的属性力的作用。这种情况的场如磁场。

电性子发生稳定的匀速率运动的空间区域也是一种场，放入该场中的电荷没有环境属性力的作用，但是这种场会改变放入其中的闭合导体内的电性子的分布情况，使导体内产生电性子密度梯度，使导体内电荷受到环境属性力的作用而发生定向移动。

2.4 能量的实质

自由粒子空间，只要存在粒子数密度温度的分布不均衡，就会发生粒子的属性运动，就会有能量的产生，可见，能量不是什么，它首先是粒子分布不均衡的表现，而粒子分布不均衡又是物质运动的一种特殊的方式，所以，能量是物质运动的结果，它不能脱离物质粒子而独立存在，它是反映了物质运动的物理量。不平衡是宇宙存在的法则，是物质粒子存在的根本形式。

2.5 机械波或电磁波的形成与传播

由上面分析可知，无论是机械波还是电磁波，它必须依靠物质粒子媒质进行传播，波动的能量不可能脱离物质粒子而独立存在且传播。正是基于这个观点，笔者认为电磁波的传播媒质是物质基本微粒电性子，光的传播媒质是中性子。电磁场正是上述的电性子的某种特殊的空间。

无论是机械波还是电磁波的产生，都必须有振源的振动，缺少这个必要的条件，则不可能产生波动。电磁波的原始振源是导体内部运动的电子。

为了产生电磁波，我们可以使导体产生一个交变电场（为了方便讨论，笔者仍旧采用习惯说法），使得导体内部电子作简

谐振动。由于电子原本是由其核心与周围的阴性子构成，电子的振动实际上就是其核心的振动，这也引起周围分布的电性子跟着一起振动，于是，便使得这些电性子产生了反抗振源矢量与剪应变矢量。必须注意的是，速度矢量（感应电场）与剪应变矢量（磁场）的产生是同时的，它们具有相同的相位。并不象经典电磁理论所说的，感应电场的变化产生了磁场，磁场的变化再产生感应电场。而且随着振源的继续振动，使得某体元质点的速度矢量（感应电场）及剪应变矢量（磁场）大小或方向发生变化，而上一时刻的该体元质点的速度矢量（感应电场）及剪应变矢量（磁场）大小或方向则向着下一个体元质点传递，因此每一个体元质点的速度矢量（感应电场）及剪应变矢量（磁场）相位始终是相同的，它们都是由上一个体元质点传播而来，并不是这两个矢量相互激发产生得到。如图３所示。

2.６涡旋的含义

图3所示的只是向某一方向传播的机械波或者电磁波波束，波束的传播方向就是机械波

或电磁波的玻印亭矢量

L

Z

R

Z

S

?

?

=

?

=γ或H

E

S

?

=。实际上，振源在均匀媒质的空

间区域所产生的波动并不是只向着某一方向，而是一系列以振源为中心，在竖直于振源振动方向的波动平面上向着各个方向传播的波束，相位相同的各个振点所组成的波平面是一系列以振源为中心的同心圆。如图4所示。

图4所示的是由电子振源产生的电磁波，电子振源在中心处受迫振动，波动的每一个圆圈表示感应电场（速度矢量）和磁场（剪应变矢量）相位的波面，在这种情况下，我们可

以发现，每一个波面上的感应电场矢量（速度矢量）的方向都是相同的，要么向上，要么向下，但这些质点的所以这些感应电场矢量（速度矢量）正好是以振源为中心围成一圆，这就是所涡旋之含义。并不像经典电磁理论所说，这些感

应电场矢量的电场线是自行闭合的圆。然而，

每一个波面上的感应磁场矢量（剪应变矢量）却正好如经典电磁理论所说的，其磁感线是自由闭合的圆，这也是涡旋磁场。

除了电荷振动可以产生电磁波，磁体的振动也可以产生电磁波，这种电磁波的传播与电荷产生的电磁波有一点小小的不同之处。如果图4中振源是磁体，那么，竖直方向的感应电场矢量（速度矢量）就应该改为磁场矢量（剪应变矢量），这些的磁场也不是磁感线自行闭合的磁场，但同一波面上的同相的磁场组成一个圆，这也是磁场之涡旋的含义。水平方向的感应磁场（剪应变矢量）则应改为感应电场（速度矢量），这时同相的感应电场线正好是闭合的一个圆。

由此可见，机械波与电磁波的实质是相同的，无论是产生还是传播都具有相同的原理。所以，电磁波是机械波的一种。