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暗物质构筑物理学天文学新框架28-暗物质与经典电磁场统一

已有 968 次阅读 2023-3-17 19:30 |个人分类:暗物质构筑物理学天文学新框架|系统分类:科研笔记

暗物质与经典电磁场统一

当暗物质正反粒子偶极子受到电磁波源的影响,由于获得大量的能量,正反粒子的运动产生震荡,暗物质正反粒子偶极子就形成了一对振荡暗物质正反粒子偶极子。振荡暗物质正反粒子偶极子对周围的暗物质正反粒子偶极子产生作用,使其成为振荡暗物质正反粒子偶极子。因此相邻的暗物质正反粒子偶极子的电偶极矩取向与该暗物质正反粒子偶极子的电偶极矩变化相协调,这样形成电磁波不断传递能量。

现有理论为:LC电路能产生振荡电流,正负电荷不断在天线两端间振荡,因此它实际上就是一个振荡电偶极子。振荡电偶极子不断发射出电磁波。

麦克斯韦方程组,是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成:描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律和描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。

麦克斯韦方程组的四个方程共同组成:

高斯定律:该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。电场线开始于正电荷,终止于负电荷。计算穿过某给定闭曲面的电场线数量,即其电通量,可以得知包含在这闭曲面内的总电荷。

高斯磁定律:磁单极子实际上并不存在。所以,没有孤立磁荷,磁场线没有初始点,也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。

法拉第感应定律:该定律描述时变磁场怎样感应出电场。一块旋转的条形磁铁会产生时变磁场,这又接下来会生成电场,使得邻近的闭合电路因而感应出电流。

麦克斯韦-安培定律:该定律阐明,磁场可以用两种方法生成:一种是靠传导电流,另一种是靠时变电场,或称位移电流。

在电磁学里,麦克斯韦修正项意味着时变电场可以生成磁场,而由于法拉第感应定律,时变磁场又可以生成电场。这样,两个方程在理论上允许自我维持的电磁波传播于空间。

麦克斯韦方程组有两种表达方式。

1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场中电场、磁场的性质以及变化的电场、磁场间联系的数学模型。表达式为:

                                                                                 (4.7)

                                       (4.8)

                                (4.9)

                            (4.10)

式中,H为磁场强度;为电流面密度;E为电场强度;B为磁感应强度;D为电位移矢量;S为闭合曲面;为电荷体密度。

(4.7)是高斯定律的表达式,说明在时变的条件下,从任意一个闭合曲面出来的D的净通量,应等于该闭曲面所包围的体积内全部自由电荷之总和。

(4.8)表示磁通连续性原理,说明对于任意一个闭合曲面,有多少磁通进入曲面就有同样数量的磁通离开。即B线是既无始端又无终端的;同时也说明并不存在与电荷相对应的磁荷。

(4.9)是法拉第电磁感应定律的表达式,它说明电场强度E沿任意闭合曲线的线积分等于穿过由该曲线所限定面积的磁通对时间的变化率的负值。这里提到的闭合曲线,并不一定要由导体构成,它可以是介质回路,甚至只是任意一个闭合轮廓。

(4.10)是由安培环路定律推广而得的全电流定律,其含义是:磁场强度H沿任意闭合曲线的线积分,等于穿过此曲线限定面积的全电流。等号右边第一项是传导电流.第二项是位移电流。

2. 微分形式的麦克斯韦方程组。

                                      (4.11)

                                       (4.12)

                                    (4.13)

                                   (4.14)

式中,为梯度算子。

(4.11)是静电场高斯定律的推广,即在时变条件下,电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。

(4.12)是磁通连续性原理的微分形式,说明磁通密度B的散度恒等于零,即B线是无始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。

(4.13)是法拉第电磁感应定律的微分形式,说明电场强度E的旋度等于该点磁通密度B的时间变化率的负值,即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。

(4.14)是全电流定律的微分形式,它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度,即磁场的涡旋源是全电流密度,位移电流与传导电流一样都能产生磁场。

麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为:

电与磁相互作用都是通过它们之间的中间区域传递的,不论中间区域是真空还是实体物质。

电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中,其大部分分布在周围的电磁场中。

导体构成的电路若有中断处,电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通,即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。

磁通量既无始点又无终点,穿过任意形状的闭合曲面的磁通量皆为零,即不存在磁单极(单独的N极或S极)

光波是一种电磁波。

1868年麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,1888年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验,实现了电磁波的发射和接收,证实了电磁波的存在。

赫兹实验:将两段铜杆沿同一直线架设,在其相临的两端端点上均焊有一个光滑的铜球。两球间留有小的空隙(0.1mm),两铜杆分别用导线联接到高压感应圈的两极上。感应圈周期地在两铜球之间产生很高的电势差,当铜球间隙的空气被击穿时,电流往复振荡通过间隙产生电火花,这种赫兹振子就相当于一个振荡电偶极子。由于电路的电容和自感均很小,因而振荡频率可高达108Hz,从而强烈地发射出电磁波。由于铜杆有电阻且在空气中产生电火花,因而其上的振荡电流是衰减的,发出的电磁波也是减幅的。但感应圈不断地使空隙充电,振荡电偶极子就间隙地发射出减幅振荡电磁波。

电偶极子本质上是暗物质正反粒子偶极子,计算方法也完全一致。电磁波是由暗物质正反粒子偶极子振荡产生的,可采用暗物质正反粒子偶极子的振荡频率表示电磁波,采用暗物质正反粒子偶极子的振荡率表示电磁波强度,采用暗物质正反粒子偶极子的振荡频率区分电磁波的种类。采用暗物质正反粒子偶极子的振荡表示电磁波反映电磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化,使暗(实体)物质与(电磁)场物质得到合理统一。

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