物理科学探疑-讨论-我和石金正先生之间的竞赛
我和石金正先生之间的竞赛
董银立
前些日子我从北京相对论联谊会网站下载了一篇石金正先生的《量子辐射的力学原理（一）》，从这篇文章的标题来看，该文有“未完待续”之意。我对这篇文章的摘要中的一种观点非常感兴趣，因为我也有类似的观点。
石先生在其摘要中写到：【“力”的概念被引进并用来讨论光辐射，这是先前的光辐射理论所没有的。“量子辐射力”（或称温差作用力）是本文给出的一个定量而核心的概念，它在宇宙中表征有质有温物体间某种普遍存在的起分离作用的排斥力（对辐射源中心而言则表现为反方向的向心压力）。本文的后续研究论文表明，量子辐射力与辐射源的热力学温标之间存在着深刻关联，对运动辐射源而言，量子辐射力还与源的运动速度有关。随着对运动辐射源问题的深入讨论，作者还发现，即便没有任何外力，在自由真空中运动的物体本身在运动方向将不可避免地产生辐射阻尼力（即在运动方向和运动反方向间存在辐射力差），在低速情形这种力差完全可以忽略不计，但在高速情形这种力差是极其显著的，这将使人们意识到牛顿第一定律可能存在着相对性和局限性，并对加速器中高速运动粒子的所谓“质量增大”现象作出全新的理解。】
我在《进化的力学》中有这样的文字：【但当该电容器的速度较大时（但仍远离光速），由于磁场是具有“电磁惯性”（或“磁感性”）的，所以该空间内的磁场就不可能再稳定了。在电容器的前端将产生一个增强的磁场，其后端将产生一个减弱的磁场，这时将产生一个奇特的效应：前端增强的磁场将感应出一个电场阻碍该电容器向前运动，后端减弱的磁场将感应出一个电场推动该电容器向前运动，按照我们的理论这种效应应随着电容器的速度的增加而增强，而且随着速度的增大，前端的阻力将越来越明显地大于后端的推力（这种不对称的原因将在第四章中解释）。这种预期效应存在吗？实验给出了肯定的回答，实验是这样的：把一束带电粒子引入加速器中，虽然这些粒子之间存在静电斥力，但经过一段加速后，它们之间的距离不但没有增大，反而被压缩为一团，这种效应被称之为“团缩”效应，并且实验证实，粒子速度越大，“团缩”效应越强。我们是以匀强电场为例的，但事实上这种效应对于点电荷最明显，即使是运动（匀速）速度很小的点电荷，点电荷的电力线分布状况决定了在其前方将产生增强的磁场，由于自感，该增强的磁场将产生电场（反电动势）阻碍电荷前进，而点电荷后方正好相反，但电荷速度越高时，前方的阻力越明显地大于后方的推力！因为该“阻力”和“推力”都是由感应电场（涡旋电场、自感）产生的，与静电场（电荷自身的电场）不同，涡旋电场是以光速从圆心向外延伸的。当电荷的速度为光速时，后方的“推力”是零。实验也告诉我们：点电荷比电子束更难维持高速运动的惯性。】
我在《进化的力学》中还有这样的文字：【我们应用同样的观点来研究电磁场，电磁波的速度是c，但这不能表明点电荷周围的电力线是以光速c延长的，体积无限大是其特征。但另一种电场——涡旋电场却是从圆心开始以光速向外延伸，其延伸的速度与涡旋电场中电力线的方向垂直（这两种电力线都不会在电场方向上延长或收缩）。正是由于这两种电场的不对称性，（才导致电体的加速度不但与电体所受外力有关，还与电体的速度有关！）而且这种不对称性随着速度的增大变得越来越明显。这正是高速运动的电场向外辐射能量的原因。】
我在《探寻之路》第10篇《两种电场的本质和特征》中还有这样的文字：【因为“点电荷”周围的“射线”并非匀强电场，即使是匀速运动的“点电荷”也会自感出“同心圆”，运动方向前方的“同心圆”会阻碍“点电荷”向前运动，运动方向后方的“同心圆”会推动“点电荷”向前运动，当“点电荷”的速度较小时，前后两个“以光速延伸”的“同心圆”是对称的。当“点电荷”运动的速度很高时，“点电荷”永远追不上自身的“射线”，但却可以追上自身“射线”自感出来的“同心圆”。】
我很高兴的看到我们两人能有类似的观点，一种正确的观点，很多人都会有的，但错误的观点，只有个别人会有。石先生的《量子辐射的力学原理（一）》正文中还没有更加详细的观点，我决定要赶在石先生之前进一步使我的观点明确化、详细化。
经典电动力学的确取得了许多无懈可击的辉煌成果，比如，电荷周围的电场和电荷速度的关系，就是其中之一，经典理论认为，当电荷静止时，电荷周围只有电场,而且这种电场是“球对称”的，这种电场就是库仑场，电荷周围这种电场的强度符合库仑定律的描述。
一旦电荷运动起来情况就不同了，经典理论的观点是这样的，匀速运动的电荷周围除了有电场外，还有磁场。磁场强度符合公式B=Ev/C2（此处的E表示电荷周围的库仑场）；而电场（库仑场和自感电场的合场）已不再“球对称”了，在与电荷运动方向垂直的方向上，电力线的密度将增大，而在于电荷运动方向平行的方向上，电力线的密度将减小，但总的电力线条数并没有改变（为什么库仑场和自感电场叠加后的“总的电力线条数并没有改变”呢？因为库仑场是保守场，特征是有源、无旋。而自感电场是非保守场，特征是无源、有旋。又因为电荷周围的库仑场（射线）是指向四面八方的，而自感电场（圆）与射线叠加后并不会增加射线方向上的强度，因为“圆”的一侧与另一侧的电场方向相反！）。运动电荷的上述效应，给人一种感觉——电场在运动方向上收缩了！这正是洛仑兹坚信运动物体会在运动方向上发生长度收缩的力学原因！（当然我有很多理由来反对洛仑兹的上述观点）
上述观点全部是正统的经典电动力学的观点，只不过电动力学尽量使其上述观点抽象化、公式化，而我尽量使上述观点简单化、形象化。
可能有人会提出疑问，恒定电流不会自感出反电动势，可为什么上述匀速运动的电荷也会自感出电场呢？经典理论给出了理由，因为电荷周围的库仑场并非匀强电场，即使匀速运动的电荷在其周围产生的磁场却是“变化的”，而“变化的磁场”可以自感出（无源、有旋）电场，但电荷前方的这种自感电场阻碍电荷运动，电荷后方的这种自感电场会推动电荷向前运动，总体来说对电荷的运动没有影响，这就是这种自感电场和“自感反电动势”的差别。经典理论的上述观点几乎是无懈可击的。
经典理论还认为，静止的电荷周围的电场（实质是库仑场）是“球对称”的。而（匀速）运动的电荷周围的电场（实质是库仑场和自感电场的合场）虽然不再“球对称”了，但仍然“轴对称”。而且有两条对称轴，一条对称轴穿过电荷，方向和电荷运动方向平行；第二条对称轴穿过电荷，方向和电荷运动方向垂直。
现在我们就来重新思考一下经典理论的这些上述观点。
既然经典理论已清楚地认识到了两种电场的区别，比如电荷的“自有场”有源、无旋，是保守场，而电荷的“自感电场”无源、有旋，是非保守场。可为什么电动力学总是对两种电场一视同仁呢？比如总是让两种电场叠加为“同一种物质”，而且用公式来描述这种所谓的“同一种物质”。这里涉及到一个根本问题，物质受到的“外来影响”能否被视同为物质的“本质特征”？
问题的结症可能在于经典力学仍没有认清这两种电场的本质区别！
电荷的“自有场”永远伴随着电荷，永远和电荷同步运动，其强度和方向和电荷的运动没有关系！而电荷的“自感电场”是“同心圆”，“同心圆”是从圆心以光速向外延伸的“波”，波的速度与波源的速度没有关系，因此“同心圆”虽然也伴随着“运动的”电荷，却不会和电荷同步运动。
因此“运动电荷”周围的“自有场”仍然“球对称”，而“运动电荷”前方的“自感电场”和其后方的“自感电场”不再“轴对称”！而且电荷的速度越大，这种不对称越明显。
上述问题是个细节问题呢，还是根本性的观念问题呢？似乎不那么好区分。即便我们没有认识到该问题的存在，我们也可以得出类似于亚里士多德“马力越大马车的速度越大”之类的“非常实用的物理定律”。但经典电动力学的另一个问题却是根本性的观念问题，从上述观点中我们可以看到，运动电荷与静止电荷是截然不同的，但上述“运动”是相对什么参照物的呢？这可是个大问题。而亚里士多德并不存在这样的问题，因为亚里士多德并不知道地球本身也在运动！这到底是坏事还是好事？
2006.8.1
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物理科学探疑