三十三,场的三种定义形式
在这一节里,我们提供三种方法来分别定义4种场,第一种方法是利用圆柱状螺旋式运动空间来分别定义4种场。
在以下的圆柱状螺旋式运动中,
有两个箭头,一个沿着旋转运动方向的箭头,一个是沿着直线运动方向的箭头。
相应的有两种运动速度,一种是直线运动方向的速度,这个速度是矢量光速,一种是旋转运动方向的速度。
当矢量光速直线运动速度矢量的方向发生变化时候,对应的是核力场。
当直线运动速度矢量垂直穿过一个有限的空间面积,这个空间面积发生变化时候,对应的是电场。
当旋转运动速度矢量的方向朝旋转的中心变化时候,对应的是引力场。
当旋转运动速度矢量垂直穿过一个有限的空间面积,这个空间面积发生变化时候,对应的是磁场。
下面我们再用统一场论动量方程来定义4大场。
牛顿力学给出的动量定义方程是:
P= mV
式中P是物体o点以速度V运动时候具有的动量,m是物体的质量。
统一场论认为任何一个物体o点,具有静止质量m’,静止时候周围空间都以矢量光速C’向四周运动,因而有一个静止动量
P静 =m’C’
式中静止质量m’的意思是物体o点周围有多少条C’。
当o点相对于我们以速度V运动的时候,o点的动量为:
P动 = m(C-V)
注意:o点运动的时候,质量m不等于静止质量m’,运动的时候空间运动的矢量光速C不等于静止时候周围空间的矢量光速C’。
上式中V是物体o点的运动速度,-V是o点周围空间几何点的运动速度,方向和o点的运动速度正好相反。
o点运动的时候,周围空间本来的光速运动和o点运动速度合成后仍然是光速,原因是受到光速不变的限制。
这个就要求o点运动时候,周围空间几何点的运动速度是C-V,因为和运动速度V合成后,也就是加上V,仍然是光速。
而牛顿力学的动量公式只是统一场论动量公式中C= 0的一个分量。
利用统一场论动量公式
P动 = m(C-V) = mC – mV可以定义4大场:
当P动 = mC时候,m是变量,C是常量,对应的是电场。
当P动 = mC时候,m是常量,C是变量,对应的是核力场。
当P动 = mV时候,m是变量,V是常量,对应的是磁场。
当P动 = mV时候,m是常量,V是变量,对应的是引力场。
将统一场论动量方程P = m(C-V)对时间t求导数一次,就是统一场论动力学方程:
F =dP/dt = Cdm/dt- Vdm/dt + mdC/dt - mdV/dt
以上方程又称大统一方程,爱因斯坦想把宇宙4种力写在一个方程里,就是这个方程。
下面我们用统一场论动力学方程来定义4大场。
当场发生变化时候,对时间t求导一处,或者积分一次,得到 Cdm/dt形式的力,这个场就是电场。
当场发生变化时候,对时间t求导一处,或者积分一次,得到Vdm/dt 形式的力,这个场就是磁场。
当场发生变化时候,对时间t求导一处,或者积分一次,得到mdC/dt形式的力,这个场就是核力场。
当场发生变化时候,对时间t求导一处,或者积分一次,得到mdV/dt形式的力,这个场就是引力场。
以上三种定义场的方法,可以通过严格的数学证明,其本质都是一样的。但是,通过不同的定义方法,可以使我们更加清楚的认识场的本质问题,认识到场在不同情况下的不同形式,并且在实际运用中,给我们增加了许多方便。