电场和磁场到底是什么东西?也是某种物质吗?

宇宙时空探索 2024-11-11 15:18:56

关于场的构想,最早出自拉法基的理论,而后由麦克斯韦将之发扬光大,奠定了经典电磁场的理论基石。进入20世纪,受狭义相对论与量子力学的启发,科学界提出了量子场论这一前沿学说。

量子场论巧妙地融汇了粒子与场的二元概念。

量子场论提出,场是超越粒子存在的更基础的物质形态。场可以处于基态和激发态,粒子则被视为场的激发态的表现形式。

犹如平静水面所呈现的,便是场的一种基态形象。一旦受到外界能量的影响而激动起来,便会涌现出四溅的水花与滚动的水珠,这些动态的表现正是粒子的象征。

随着物理学在20世纪经历的两次伟大变革,相对论与量子力学成为物理学科的两大支柱。相对论摒弃了陈旧的绝对时空观,在宏观世界中占据主导;量子力学则摒弃了决定论,而用概率分布来描述微观世界。

而在观察微小粒子的移动时,科学家们发现这些粒子似乎始终处于不断的快速运动之中。于是,将描述高速运动现象的狭义相对论与量子力学相结合,产生了量子场论。

在量子场论的视野中,万物皆源自场,世界是由不同类型的场相互叠加构建而成。在这其中,存在三大基本场。第一是实物粒子场,亦称费米子场;第二是媒介子场,也叫规范场;第三是希格斯粒子场。

实物粒子场描绘了世间所有可触可见的实体粒子,它们是山川湖海、大地等万物的基础构成单元。

媒介子场则描述了世界四大基本力如何产生以及其作用机制。场内的粒子有光子、胶子、W粒子、Z粒子,以及尚未发现的引力子,它们都被称为规范粒子。

而希格斯粒子场,主要涉及原本无质量的粒子如何获得质量的问题。简单比喻,该场如同一片泥泞,与之互动的粒子经过便会裹上一层泥,从而携带了额外的质量。

以贝塔衰变为例,解释场与粒子的互动转化。

上述图形展现了量子场论中,中子经历贝塔衰变的情景。一条直线代表某一基本粒子场的基态,当直线呈现隆起状态,意味着场受到了激励,从而产生了我们所熟知的粒子。

图形显示了,中子场从激发态退回到基态,释放出的能量激发了质子场、电子场及中微子场,进而产生了一个质子、一个电子和一个反中微子。

这就是量子场论对于基本粒子与场间相互转变的阐释。

依据量子场论,我们还可以解释正反粒子如何湮灭,转化为能量光子。并且,如果我们回溯至宇宙大爆炸初期,当时温度超过10的15次方开尔文,光子可转变为质子、中子以及其他各类粒子。

这正是宇宙诞生时,能量向物质转变的奥秘。

量子场论揭示了真空的隐秘真相。

通常意义上,真空被视为不存在任何实体粒子的理想空间,代表了一种纯净状态。

然而,在传统观念中,真空象征着空无一物。然而随着众多理论和实验的涌现,越来越多的科学家开始意识到真空具有一定的物理结构,是一种真实的存在。

其中最知名的非“狄拉克之海”莫属。狄拉克提出,真空由堆积均匀的负能量电子构成。而量子场论在此基础上更进一步,认为真空即是各场处于基态的情形。

这意味着什么呢?基态,代表能量的最低点。但这并不意味着没有能量存在。因此,看似空旷的真空海洋中实则蕴含着庞大的能量,只是人类尚无法利用这些能量。结合熵的概念来看,可以理解为真空中积存着大量的高熵能量。

而这种能量已经被“卡西米尔力”实验所证实。

例如,在真空中放置两块面积为1平方厘米、相距1微米的金属板,它们间相互吸引的卡西米尔力约为10的负7次方牛顿。

然而,理论与现实之间仍存在着难以逾越的鸿沟。因为根据量子场论估算,真空的能量密度高达2×10的103次方焦耳每立方米,而天文观测得出的实际数值仅为2×10的负17次方,误差高达120个数量级,即10的120次方倍。

这个巨大的偏差在物理学界尚无公认的解释。尽管如此,真空含有能量的事实已被广泛接受,并且宇宙中的所有粒子都在不断与真空进行能量交换。

综述

场犹如一片广阔的海洋,孕育着无数的“粒子水珠”,它们在海面上不断生成又不断消失。正是这些粒子相互结合,才能形成我们可见的宏观世界中的坚实物质。

这就是量子场论为我们揭示的场与粒子之间的深层联系。

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评论列表
  • 2024-11-13 05:08

    是能量也是物质,质能混元一体[点赞][点赞]

  • 2024-11-12 12:47

    波与场的研究都是数学当物理,舍本逐末捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,都是质量的运动罢了,研究鸡毛的颜色(波与场)能认知鸡(物质)运动规律吗?还有波粒二象性??以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???二象性祸害了认知自然的核心根基——同与不同的确定性。 ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的唯一根本。带电是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何益?

    信任自然可求真 回复:
    创造一个假说,我用意识控制你妈妈和你的大脑,让你们天天喘气,年年吃饭,都证明了!!!然后控制你骂人,这是新的应用!这难道是假的吗???笑死我了。[静静吃瓜][静静吃瓜][静静吃瓜]
  • 2024-11-12 12:49

    ❌解释自然因果是骗术,也是一个无中生有的鬼把戏!!! 因果是主观思维,没有自然因果(律),前因后果(以知识为因推理论证目的果),是(数学)演绎推理,必须从公理/真理出发,才有意义。🍎牛顿以观察归纳认知自然,定义自然哲学公理作为数学原理/演绎因。🍎苏格拉底说,真理是唯一的,因果关系无穷多。只有思维因,没有现象因,现象复杂普遍联系因素无穷多。没有从归纳真理/公理(不变现象)出发,瞎编因果都是骗术。空间弯曲就是一个著名的因果解释自然骗术。………所谓释放核能的原因,光电效应因果解释,干涉现象因果解释,双缝干涉延迟实验因果解释,宏观微观不同因果解释,高速低速差异因果解释,不确定性原理量子鬼学解释,祸害了强大微观电磁的深入研究。具有宏观不确定性的电磁力,是万有引力的10^36倍以上,物质本质带电的静电力是可利用能源(光子动能/核能)的源头(电斥力发射光子,光子即热量)!!!………现象解释都只是辩证法过程,观测归纳//辩证法//需要同时满足牛顿的三个归纳条件,必要性充分性真实性,这是得到真理(思维演绎因)的唯一方法。………归纳现象发现真理是科学,因果解释现象是有害骗术!

  • 2024-11-12 12:49

    光速不变假说见证了高超的骗术!——— 任何全称命题证伪当然有效,证明/证实当然无效。全称命题光速不变违背相对速度自然公理,已有效证伪!!!任何数学演绎能推理出来全称命题“光速不变”吗???无论多少次实验能证明全称命题“光速不变”吗???任何实验精度能证明“光速不变”吗???光速不变只能是创造假说当然是骗。相对光速/光速变化/超越光速当然都是正常现象。 光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗??光反射驱动光帆速度不变??相对速度变化导致多普勒效应和红移,是光速不变??光子离开黑洞速度变吗?光子进入黑洞速度也不变吗?掩盖谎言需要更多谎言!………光速常数c是经验公式的一个常数,不是光速不变,地球引力常数G当前还在努力提高观测精度。———量子不确定性原理如何解释光速不变这种无限的确定性???

  • 2024-11-12 12:50

    ❌❌悖论斯坦//悖论潘多拉,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,数学冒充物理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学认知的核心根基——同与不同的确定性,瞎编自然因果(律),以创造假说冒充祸害公设形而上学。后谎言掩盖解释前谎言搞了一辈子,祸害数学,祸害物理,祸害哲学,祸害绝对真理,终身搞骗,祸害极大极深极广,100多年了,还在鼓吹骗子,居然成了一门生意?………一个恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。迷信跪拜蔑视自然欺师灭祖的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,人人都沉默?科学还有希望吗???

  • 2024-11-12 12:49

    ❌质能方程是一个鬼把戏!!!能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的本质,能量是物质相互作用和运动变化的度量,是变化现象。数学都是基于公理的演绎,超越公理的理解当然是虚幻。动能和势能,都是相对的,由相对速度相互作用力决定(质量不变),是质量体之间相互作用的度量,是物质变化现象,不是物质的本质,咋能与单体质量等效???场无质量居然有能量?………能量,力,场,波,都是物质相互作用相对运动的复杂现象,不是物质,也不是物质本质。号称物质是波/波是物质,都是搞骗。电和质量是一切物质的固有本质,物质不灭,电荷守恒。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???

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简介:用通俗的语言诠释科学