[原创/假说]论电体之间的作用力与反作用力

第一部分：基本知识

电体与导线（理想导体）之间的作用力

1、电体静止在实验室中，导线中无电流时。

电体与导线之间的作用力是0，因为导线成中性，导线中正负电荷与电体之间的库仑力抵消为零。

2、电体静止在实验室中，导线中有恒定电流时。

因为理想导体的电阻是0，因此导体内部电场强度为0，导体仍然是电中性，导体与电体之间的电场力照样是0。导线中的恒定电流会在实验室中产生恒定的磁场，但因为电体静止，因此电体与导线之间的"磁作用力"也是0。

3、电体静止在实验室中，导线中有均匀增强的电流时。

因为理想导体的电阻是0，因此电体与导线之间的库仑作用仍然是0；电体静止，因此电体与导线之间的"磁作用力"也是0。但是，除了上述两种作用力外，"均匀增强的电流"会产生一个恒定"自感电动势"或"自感电场"，该"自感电场"会对导体中的电荷和导线外部的电体产生作用力！

该"自感电场"是有旋场，是感生电场，该"自感电场"的方向在导线处的方向与导线外部电体处的方向正好相反。

导线（理想导体）照样成中性，导线受到的力是0，可是电体受到的力却不是0！这俩力是作用力与反作用力吗？

第二部分：切入正题

一、电体与运动的电荷束之间的作用力

当电荷束加速运动时，它等价与一个均匀增强的电流，它会产生自感电场，该自感电场会阻碍电荷束的加速运动，该自感电场会推动（电荷束外部）电体的加速运动！这组作用力是作用力与反作用力吗？

先判断力的方向，假如电荷束与电体的"电性相同"，那么电荷束受到的（自感电场引起的）力F1的方向与电体受到的（自感电场引起的）力F2的方向正好相反！正当我们快要看到曙光时，我们却发现，假如电荷束与电体的"电性相反"，那么电荷束受到的（自感电场引起的）力F1的方向与电体受到的（自感电场引起的）力F2的方向就相同了！作用力与反作用力不可能与电性有关系。比如库仑力，不论同性还是异性电荷都符合作用力与反作用力原理。

再判断力的大小，我们发现，当电体的电量是0时，F2必定是0，可是F1却不是0！F1和F2是作用力与反作用力吗？

二、运动的电体之间的作用力

运动的电体与运动的电荷束没有本质区别，上述结论同样适用于它们。

运动电体之间感生电场（与库仑电场不同）引起的作用力，是通过感生电场这个弹簧传递的，弹簧本身就有质量和惯性。因此这里存在四个力，感生电场对电体1的F1和电体1对感生电场的F1'， 感生电场对电体2的F2和电体2对感生电场的F2'。这四个力是两组作用力与反作用力。牛顿第三定律照样成立，牛顿第三定律永远成立。

[原创/假说]电磁波是如何传递作用力的

弹簧可以传递机械波，可以传递作用力，因此弹簧两端俩物体受到的力F1和F2不是作用力与反作用力。如果弹簧另一端没有物体，这时F2永远是0，但牛顿第三定律照样成立。

我们对电磁学中的"趋肤效应"都很熟悉，之所以会出现趋肤效应，是因为交变电流产生了感生电场。该电场阻碍中心处的电流变化，推动边缘处的电流变化。

还有一个真实的物理事实与"趋肤效应"很相似，有一根电阻很小的钢筋和一根电阻很小的钢管，让钢管套住钢筋但不接触，钢管与钢筋之间的空隙很小，让它们各自首尾相连（只有首尾相连才可能存在电流），这时把内部的钢筋锯断，在锯断处接入一个交流电源。这时便会出现一个奇怪的现象，钢管与钢筋不接触，钢管也未连接在电源上，可是钢管中却出现了电流！该电场力从何而来？

这是因为钢筋与钢管之间产生了电磁波，如果再在钢管外边套上无数多个钢管，这时所有钢管中都会出现电流！只不过钢管越靠外，其中出现电流越迟。或者说不同的钢管中的电流存在"相位差"。

我们先来研究中心的钢筋和与其最靠近的第一个钢管，当钢筋中的电流从零开始向上增大时，钢筋外部与钢管内部之间的空间中会产生一个"变化的"磁场，该变化的磁场会产生一个感生电场来阻碍钢筋中的电流变化，同时推动钢管中的电流变化。这样电磁波就产生了。

这时，麦克斯韦方程组不成立了，钢筋周围的磁场不再与钢筋中的电流强度正比了【如果钢筋和钢管中的电流不存在相位差的话，（钢筋与钢管之间的空间内）钢筋产生的磁场和钢管产生的磁场正好抵消为零。】！钢筋处的感生电场的强度也不再与钢筋中电荷的加速度成正比了【在"趋肤效应"中，中心处电荷的加速度几乎为零，远远小于边缘处的电荷的加速度，对于中心的电荷来说，该阻力的辐射阻力，因为辐射源的加速度是0。而在通常情况下（比如直流电或交流电的频率很小时），该阻力是"电磁惯性阻力"，因为这时该阻力与运动电荷的加速度成正比。】！这时应该使用《进化的力学》中的"面积定律"。不过很有意思的是，在"趋肤效应"中，最边缘处的电荷受到的自感阻力却是"电磁惯性阻力"；在"钢管套钢筋"的模型中，最外边的钢管受到的自感阻力也是"电磁惯性阻力"。

假如钢筋外边没有钢管，这时就好象是真空中的振源，辐射很弱很不明显。不过，随着频率的增大，电磁场的质量和惯性会越来越明显。当频率很小时，只有传导电流（比如钢管中的电流）才表现出惯性，当频率很大时，位移电流（比如真空中变化的电场）的惯性和质量会很明显。不幸的是，一旦位移电流表现出惯性，麦克斯韦方程组就失效了，比如麦克斯韦方程组的第五条假设（详见后文：假设五：假设变化的磁场周围产生的电场强度与磁场的变化率成正比且为瞬时对应关系）就是假设电场只有弹性（电容性）没有惯性（电感性）的。

[原创/假说]电磁惯性阻力和辐射阻尼的本质区别

从上文中，或者从《电动力学》中，我们知道，电磁惯性阻力和辐射阻尼都是由感生电场产生的，它们有何区别呢？

绳波与电磁波一样都是横波，我们就来研究绳波。

水平方向上有一条绳子，绳子的一端（振源处）有一物体A，在绳子中距离A很近的地方有一物体B，当A从速度为0开始（在竖直方向上）运动时，紧接着B也开始运动，这时我们可以建立如下方程：

对于物体A，其运动方程为：

F_外=F_A惯+F_A阻 （等号两边力的方向相反）........................（1）

其中，"F_外"表示物体A受到的外力；"F_A惯"表示物体A受到的惯性阻力，即F_A惯=ma ；F_A阻表示绳子对物体A的阻力。

对于物体B，其运动方程为：

F_拉=F_B惯+F_B阻 （等号两边力的方向相反）........................（2）

其中，"F_拉"表示物体B前面的绳子对物体B的拉力；"F_B惯"表示物体B受到的惯性阻力，即F_B惯=ma ；"F_B阻"表示"物体B后边"的绳子对物体B的阻力。

(1)式与(2)式之间存在如下关系：

F_A阻= F_拉     （等号两边力的方向相反）........................（3）

假如物体A的质量很小，几乎为0，这时(1)式可以写成：

F_外=F_A阻 （等号两边力的方向相反）........................（4）

假如绳子很轻很轻，密度几乎为0，这时(2)式可以写成：

F_拉=F_B惯 （等号两边力的方向相反）........................（5）

由(3)式、(4)式、(5)式可以得到：

F_外=F_A阻= F_拉=F_B惯................................................（6）

在(6)式中，"F_A阻"和"F_拉"都是绳子产生的力，对于物体A来说，绳子产生的力是"辐射阻力"，外力F_外克服F_A阻做的功全部"辐射出去"了；可是对于物体B来说，绳子产生的力（的大小）却等于物体B的惯性阻力。这时我们来研究，物体AB之间绳子中的张力的大小与什么有关？第一个结论是：该张力的大小与物体B的质量和加速度的乘积成正比；第二结论是：该张力的大小与物体A的加速度没有任何关系，因为当B的加速度最大时，A的加速度却可能是0（相位相差多少，与频率和AB之间距离有关），某一时刻A、B的加速度的方向甚至可能相反！

如果我们进一步减小物体B的质量，使物体B成为绳子中的一个质点，这样的话，"F_B惯"几乎为0，而B后面的绳子还很长，因此"F_B阻"会远远大于"F_B惯"。这时(6)式就变成：

F_外=F_A阻= F_拉= F_B阻................................................（7）

这时就必须使用《进化的力学》中的"面积定理"。

我们开始来研究感生电场，运动电荷周围的感生电场的强度与什么有关？经典理论的观点是，其强度与电荷的加速度成正比，其方向与电荷加速度方向相反。其实这种观点是建立在"完全电磁弹性"模型之上的，它没有考虑电磁场的质量和惯性。

在"钢管套钢筋"模型中，钢筋与钢管之间存在感生电磁场，钢筋与钢管之间存在"张力"。但是该张力的大小却与钢筋中电荷的加速度没有任何关系（振源受到的阻力与振源的加速度无关，通过"面积定理"我们发现，该阻力的大小与振源速度的大小成正比，方向与速度方向相反）。钢管中的电荷有质量和惯性，如果钢管不存在，空间照样有电磁场，电磁场就是一条看不见的绳子，照样有质量和惯性。

可见，电磁惯性阻力和辐射阻尼本质上没有区别，在"完全电磁弹性"模型下，该力就是电磁惯性阻力，在"完全电磁惯性"模型下，该力就是辐射阻尼。

[原创/假说]麦克斯韦电磁理论下电体的运动方程

一、模型假设

麦克斯韦将前人在"稳恒"和"似稳"条件下得到的电磁学规律推广到了"非稳"条件下，这实际上就是引入了六个新的假设：

1、假设电流周围的磁场强度与"电流强度"成正比且为瞬时对应关系；

2、假设运动的电场产生的磁场强度与电场的"运动速度"成正比且为瞬时对应关系；

3、假设变化的电场周围产生的磁场强度与电场的"变化率"成正比且为瞬时对应关系；

4、假设运动的磁场产生的电场强度与磁场的"运动速度"成正比且为瞬时对应关系；

5、假设变化的磁场周围产生的电场强度与磁场的"变化率"成正比且为瞬时对应关系；

6、假设电容器内部的电场强度与电容器两端的"电压"成正比且为瞬时对应关系；

上述六个假设可以合并为两个假设，1、2、3都是没有考虑磁场的质量和惯性，可以合并为一个；4、5、6都是没有考虑电场的质量和惯性，可以合并为一个。

第6个假设好比在力学中假设：弹簧形变量与作用在弹簧上的力的大小成正比且为瞬时对应关系。这里没有考虑弹簧的质量和惯性，我们称这为"完全弹性"模型。

上述6个假设没有考虑电磁场的质量和惯性，该物理模型称之为"完全电磁弹性"模型。

二、运动方程

1、在真空中运动的电体

在一个引力场非常微弱的空间环境中（我们不必考虑电体受到的万有引力），有一个匀强电场，有一个电体，其质量为m，该质量包括电磁质量me和机械质量mj两部分，即m=me+mj ；该电体在这个匀强电场中自由运动，依据上述6个假设，我们得到如下方程：

F_外=ma=（me+mj）a=f_牛+f_电........................（1）

上式中，f_牛--牛顿惯性阻力，f_电--电磁惯性阻力。

上式中，F_外=Eq（E为外电场）_；f_电=E'q（E'为感生电场）

由此我们可以得到定理1：

在外电场E中自由运动的电体，其（在自身所在处）产生的自感电场E'的方向永远与外电场E方向相反，其强度永远小于等于外电场E，当电体的机械质量是0时，感生电场E'的强度等于外电场E。并且在"完全电磁弹性"模型下，感生电场E'的强度与电荷的加速度成正比且为瞬时对应关系；

从能量分析，我们可以得到如下方程：

F_外S=1/2mv²=1/2（me+mj）v²=We+Wj........................（2）

上式中，We--电体的机械动能，Wj--电体的电磁动能。我通过计算发现Wj=1/2mev²正好等于电体周围磁场的能量W_B！可以用如下方程表示：

Wj=1/2mev²=W_B..........................................（3）

（3）式虽然是我独立发现的，但可能不是我的独创，我发现2008年元月出版的，中国科技大学编写的《电磁学与电动力学》下册中也有该式子。

2、在普通导体中运动的电荷

在有电阻的情况下，欧姆定律已经给出了方程，这里不再研究。

3、在理想导体中运动的电荷

在电阻为0的导体中，导体内部的电场强度永远是0，这说明导体中运动电荷产生的感生电场和外电场正好大小相等，方向相反，抵消为0，根据上述（1）式和定理1我们可以得出结论：假如电子的质量有1/2来自电磁质量，那么在超导体中，导体内部的电场强度应该是外电场的1/2；假如电子的质量有1/2来自电磁质量，那么超导体就不可能具有"完全抗磁性"，超导体内部的磁场强度应该是外加磁场强度的1/2。

从超导体的"完全抗磁性"和其内部的"0电场强度性"，我们可以得到定理2：

电子的机械质量是0，电子的质量全部来源于电子的电磁质量。

[原创/假说]物体的"抗电性"

一、断路的物体（无法产生电流）

1、绝缘体

绝缘体内部的电场强度与外加电场强度相同，当加上外电场后，绝缘体照样不会产生磁场。

【抗电性为0】

2、导体（不论是否有电阻）

导体断路时，这实际上就是"静电屏蔽"， 当加上外电场后，导体内部电场强度照样是0，当静电平衡后（稳定后）导体周围无磁场。

【完全抗电性】

3、含有离子的液体

当加上外电场后，液体中的离子开始移动，当静电平衡后（稳定后），液体内部电场强度为0，液体周围无磁场。

【完全抗电性】

二、通路的物体（可以产生电流）

1、绝缘体

与"断路"时一样。

【抗电性为0】

2.1导体（有电阻）

当加上外电场后，导体中会产生恒定的电流（电子的速度恒定），导体内部电场强度与外电场强度相同，导体周围有恒定磁场。（自感电场是0）

【抗电性为0】

2.2导体（0电阻）

当加上外电场后，导体中会产生均匀增大的电流（电子的加速度恒定），导体内部电场强度(E+E')为0，导体周围有均匀增强磁场。（自感电场E'恒定且等于外电场E）

【完全抗电性】

3、含有离子的液体

当加上外电场后，液体中会产生电流，如果不考虑电阻发热，液体中会产生均匀增大的电流（电子的加速度恒定），但因为离子具有机械质量，因此液体内部的电场强度(E+E')大于0但小于外电场，液体周围有均匀增强磁场。（自感电场E'恒定但小于外电场E）

【部分抗电性】

以上研究是在物体上"外加电场"，如果在物体上"外加磁场"呢？

1、让磁场靠近绝缘体，绝缘体无反应。

2、让磁场靠近有电阻的导体，刚开始有"涡旋电流"，随后电流消失。

3、让磁场靠近超导体，并最终停止在超导体旁边（也就是说给超导体外加一个恒定的磁场），超导体中会产生恒定的"涡旋电流"，并且永不消失。

上述定性分析很简单，关键问题是，我们应该计算超导体（加上磁场后）中产生的电流强度与磁场强度、导体截面积、电子质量、电子电量、电子速度之间的定量函数关系！这是道难题，不过好在"最终结果"很明确，那就是"涡旋电流"产生的磁场正好与外磁场抵消为0。这个"最终结果"意义非常重大！这表明，外磁场做的功全部转换成了电子的"电磁动能"，电子的"机械动能"是0。这表明电子的质量全部来源于"电磁质量"。