参照原文--（Chi, D.L. (2021)
Multiple Debye Spherical Layers and Universe.
Journal of Applied Mathematics and
Physics , 9, 477-483.
https://doi.org/10.4236/jamp.2021.93033
Received: November 16, 2020
Accepted: March 26, 2021
Published: March 29, 2021

摘要

通过研究电荷的电场线，发现某些电场线所代表的特殊电场分量不参与叠加。沿着这条线索，进一步发现在有些状态中电场叠加原理与高斯定律不适用或不成立。

Abstract

通过研究电荷的电场线，发现某些电场线所代表的特殊电场分量不参与叠加。沿着这条线索，进一步发现在有些普通状态中电场叠加原理与高斯定律不适用或不成立

By studying the electric field lines of charge, it is found that some special electric field components do not participate in superposition. Along this clue, it is further found that the superposition principle of electric field and Gauss law are not applicable or tenable in some ordinary states

关键词 电场线；电场叠加原理；高斯定律

Key words: electric field line; electric field superposition principle; Gauss law

背景介绍

电场叠加原理与高斯定律是静电学的基础 (1, 2)，电场线帮助我们识别电场的方向与强度(3).

下面通过对电荷的特性电场线的研究，展现在某些状态中电场叠加原理与高斯定律不适用或不成立。

1. 表达电荷的内禀电场的特殊分量的电场线

到目前为止，静电学中关于电场线已有的主要思想如下：

下 。

A charged particle sets up an electric field (a vector quantity) in the surrounding space. Electric field lines help us visualize the direction and magnitude of electric fields. The electric field vector at any point is tangent to the field line through that point. The density of field lines in that region is proportional to the magnitude of the electric field there. Thus, closer field lines represent a stronger field. Electric field lines originate on positive charges and terminate on negative charges. So, a field line extending from a positive charge must end on a negative charge.

带电粒子在周围空间产生电场（矢量）。电场线有助于我们观察电场的方向和大小。任何一点的电场方向都是该点的电场线的切线方向。该区域的场线密度与该区域的电场大小成正比 。因此，较密的场线表示更强的场。电场线起源于正电荷，终止于负电荷。从正电荷延伸的电场线线必须到达负电荷(3)。

借助于对图1的分析，发现在图1C中特殊方向的电场线它所代表的表达电荷的内禀电场的分量( Q₁的由电场线a所代表的电场分量) 和(Q₂的由电场线b所代表的电场分量) 不参与Q₁ 和Q₂的电场的叠加！，这显示了静电学中电场叠加原理适用范围有局限或存在漏洞。顺着这条线索，进一步发现在图1E，F所示的状态中高斯定律不成立。

图. 1 电荷的内禀电场的电场线

(A) 点正电荷Q₁的电场线从电荷沿半径辐射向外；

(B) 点负电荷Q₂的电场线从电荷沿半径向电荷汇聚；

(C) 正负等量点电荷Q₁, Q₂相互作用中的电场线，即两电荷的电场叠加中的电场线。其中有三条电场线a, c 和 b,保持了在 图.1  A 和 B中的状态或位形. c 沿着线段  （以两电荷为端点）, b 沿着该线段的延长线，,a 沿着反向延长线.a 不会终止于 Q2, b 不会起始于Q1.这表明( Q1的由电场线a所代表的电场分量) 和(Q2的由电场线b所代表的电场分量) 不参与Q1 和Q2的电场的叠加！这展示出Q1 和Q2的电场叠加范围有限。这同时反映出电场叠加原理在一些状态中不适用或不成立。 另外，一个封闭空间区域内电荷代数和为零通常被人们认为是电中性体，但这并不意味着它不存在对外电场，偶极子就是例证，微观的电偶极子如水分子，较大直观的电偶极子就是驻极体。

(D) 一对带等量相反电荷的金属平行板（线）L1(+) 和 L2(-)的电场线。由于异性电荷相吸，电荷主要集中在相对的一侧面面d, e。由于金属导电材料对电场的屏蔽，使L1 和 L2的中部的d、e这两面的电荷的电场无法穿越辐射向外，则对应L1 和 L2的中部的外部没有电场线。

(E) 一对带等量相反电荷的平行板（线）L1（+） 和 L2(-)的电场线。 L1和 L2为非导电材料电场线。

(F)将图. 1C 中Q2变为非导电的等量均匀荷电的半径为R球面后，电荷的电场线。。

(G)将图.1F中Q1变为半径为r(rR) 的等量均匀荷电的非导电球后，电荷的电场线。

2. 高斯定理不成立的状态

按照图1 A, B, C所示展现电荷的内禀电场的电场线,画出图.1 F,G 中电场线。

在 图.1 F, G中， 在半径为R的球面外画任意闭合面(S)，很明显， 因为S内 ，但 所以在这里高斯定律不成立 (高斯定律： 为真空介电常数)。

总结与讨论

1. 电场线可直观地表达电荷的电场状态，从电荷的电场线所反映的某系统的电场状态，即是真实状态或接近真实状态。电场叠加原理在某些状态中不适用或不成立。

2. 由于某些状态中电荷的电场叠加存在局限性或电荷的某些电场分量不参与叠加，导致在这些状态中高斯定律不成立。

3. 对那些电场叠加原理与高斯定律不成立的状态，而依据电场叠加原理与高斯定律所创立的分析理论，必然存在天然缺陷。

4. 历经百年经典的静电学中的电场叠加原理与高斯定律存在不适用或不成立的普通状态，这必将引发电磁学界对静电学基础的重新思考与认识，以及可能带动相关其它学科领域理论与实践的进步。

感谢

特别感谢宫碧平教授，李笑天教授，吕和发教授，我的助理武靖森，以及一切帮助过我的人。最后，感谢发明了电场线的法拉第。

参考文献

1. R. Feyman, The Feyman lecture on physics, The new millennium edition, Volume II, 4.1-9(1989)

2. Serway Jewett, Physics for scientists and engineers with modern physics, Tenth edition ,600-625(2019)

3. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics, 11th Edition, 630-665(2018)