電場是怎麼產生的?
@Patrick Zhang 又在強行回答了,僅僅重複一遍庫侖定律和電場定義是回答不了『電場是怎麼產生的』這個問題的。在經典電磁學中電場是最基本的概念之一,我們是無法在經典電磁學中解釋清楚電場的產生的。
到現在我們對電磁相互作用的最深入的理解是標準模型中的量子電動力學(quantum electrodynamics),要理解電場的本質需要從量子電動力學出發。
給定拉格朗日密度中涉及到電子場的項: 。為了使得它在變換 下保持不變,我們就需要引入規範場 ,使得原拉格朗日密度變為: 。這個規範場所對應的粒子就是傳遞電磁相互作用的光子。經典電磁學中的電勢 來源於對量子電動力學取非相對論性極限,而電場 就是電勢 的梯度。
電場是一個涉及到大量虛光子的過程中的有效概念,對於只涉及到單個光子的電磁相互作用過程就不適用了。
稍微瀏覽了一下,貌似沒人提到定域規範不變引出的規範場啊。
先說一下整體規範不變性。考慮復標量場 的規範變換:
若拉氏密度在規範變換下不變,由
可得:
令 ,就有了連續性方程 。
對於定域規範不變: ,由於拉氏量中包含 這一項,然而 。所以為了讓拉氏量滿足定域規範不變,應把微分運算元用以下方式替代(也稱為協變微商):
其中 是厄米的,所以 和 都是實數。在定域規範變換下,如果要求
那麼可以看出 。這樣就可以拉格朗日方程保持不變。這樣拉氏密度就是:
可以看出,引入協變微商後的拉氏量存在交叉項 和 ,這意味著存在場 和 之間的耦合, 稱為耦合常數。這表明,如果復標量場有某種定域規範不變性,則必然存在一種與它相互作用的場,稱為規範場。這就是題主所問的電場是怎麼產生的了←_←
我們學的課本,全部是唯象解釋,不是唯質的。
實質太飄渺,無法直接探查。退而求其次,先用數學工具描述現象,然後探求各種現象之間的聯繫。如果數學工具不夠用,就發明新的(理論物理學家們獰笑著)。
只要數學模型,能自圓其說,並且符合試驗現象,就是OK的。物理學家不指望一次性探查到本質。本質是在一次次的理論進化中,逐步顯露的。
好了,說到這裡,電場,電子,電荷到底是啥,理論物理學家們告訴你:「俺真的不曉得耶~~,喂,你不要動手打人,我們是真的不知道」。
工程師(例如Patrick張老師),會給你寫一堆公式,告訴你如何計算,並且能基本準確預測帶電物體的運動。並給你舉例很多工業產品是如何利用電場達到設計目的的。
北京朝陽區的仁波切們會說,你們凡人研究了兩個世紀的電磁學,其實佛經裡面早已有答案了。不過太深奧了,我說了你也不會懂的。不如這樣,我這個法器送你,你經常拿著它冥思,智慧深了自然就懂了。兩萬塊供養,不多吧?你會獲得根本的智慧。
一般認為電場的本質是光子,電場的建立過程其實是光子的傳播過程。
首先場的引入是為瞭解決超距作用的問題,兩個電荷不管相距多久都會相互吸引,如果沒有傳遞媒介的話,一個電荷移動則另一個電荷立即會發現電磁力發生變化,這是違背相對論的,因而認為是場參與了相互作用。
現代的觀點似乎認為,基本作用實質上是真空中無處不在的虛粒子參與作用產生的,靜電場是電荷與虛光子相互作用的結果,而磁場則是電場的一種相對論效應。具體的我也不是很清楚。
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