【注意】本文粗体字母为矢量。

磁场看不见摸不着，又实实在在的存在着，它的本质到底是什么，往往给人有很神秘的感觉。现在主流科学界认为磁场是一种特殊的物质。

相对论认为，一个电荷相对于某一个观察者运动, 在这个观察者看来，该电荷在周围空间除产生电场外，还产生磁场，但在另外一个随电荷一同运动的观察者看来，这电荷是静止的，它周围就不存在磁场了。
磁场既然是一种物质，怎么可能在一个人看来是有的，在另一个人看来是没有的？
大家想一想，自然界中有什么物质在一个人看来是有的，在另一个人看来是没有的？
有一个物体存在于空间中某个地方，一个人说它是真实存在的，一个人说它是不存在的，而且两人的说法都是正确的，这怎么可能呢？

很多人马上就说相对论是错误的，事情没有那么的简单。如果我们假定相对论是正确的，我们抓住了这种认识上的矛盾性，实际上就可以给磁场的本质做出判断。

我认为我们不应该把电磁场的本质看作是一种特殊物质，场的本质是物质相对于我们观察者运动所表现出的一种性质而不是物质本身。

举例来讲：我们眼前的一棵树、一条河是"物"，树的生长、河水的流动是"事"，这就是我们常说的事物。
物质就像一棵树、一条河，是"物"，场就像树的生长、河水的流动是"事"。
场的本质就是物质运动变化的一种表现，你把场看成是一种特殊的物质，这就是"事"和"物"不分的思想。
把场的本质看成是"事"，就像是上面所说的河水的流动，我们就很容易理解磁场相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的。
我们说一条河相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的，这肯定是荒唐的。
我们说河水的流动相对于一个人是存在的，相对于另一个人（随水流动的人）是不存在的，这肯定是有可能的。

认定场的本质就是物质相对于我们观察者运动变化的一种表现，那是什么物质在运动？

我的回答是空间！

我们只要假定：宇宙中任何一个相对于我们观察者静止的物质点周围空间都是以光速辐射式的运动，就可以解释电磁场的一切规律。

我们习惯了描述物体在空间中的运动，那我们又如何定性定量的描述空间本身的运动？

一条直线，我们可以看则是由无数个点构成，一个平面我们也可以看则是由无数个点构成，同样道理，我们可以把三维空间看则是由许多个点构成，称之为空间几何点，描述这些几何点的运动，就可以描述出空间的运动。

下面，我们来结合数学中场的定义来给出电磁场本质精确的解释。

在数学中场的定义为：若空间中（或空间的某一部分），每一个点对应一个确定的量，则称这样的空间为场，当空间中每一点所对应的量为数量时，则该空间为数量场，当空间中每一个点所对应的量是一个矢量时，则称这样的空间为矢量场。

从数学中场的定义可知，场是用空间的点函数来表示的，反之，若给出空间中某一个点函数，就给出了一个场。

把场看成是运动的空间，结合数学中场的定义，我们给物理中重力场、电磁场、核力场下一个统一的定义：

相对于我们观察者，物质点周围空间中任意一个空间几何点指向该物质点的位移矢量随空间位置变化又随时间变化，这样的空间称为物理场，也可以叫物理力场。

简单一句话，物理三大场本质就是运动变化的空间，从以上的定义可以知道，物理三大场都是矢量场。

首先我们用运动空间来定义电荷、电场：

一个物质点O相对于我们观测者静止，周围空间中任意一个几何点P以光速C沿某一个方向直线运动，从O点指向P点的矢径为R。让点O处于直角坐标系xyz的原点，矢径R是xyz和时间t的函数，随xyz的变化又随t的变化而变化，记为R = R（x,y,z,t）。

在我们观测者看来，物质点O具有电量q是指周围有N条几何点的光速C呈辐射状均匀分布。在O点周围以R的长度为半径作一个高斯包围面S，把S分割成N块，每一块小面积ds上有dn条光速C垂直穿过去。

把n取1，令E = dn C/ds相应的矢量式为：

E = C/△S【E】

【E】为沿E方向的单位矢量。

也可以写成：

• Eds = C dn

ds为矢量面元，我们规定指向S内侧为负，外侧为正。

• 对式Eds = C dn两边积分，结果为kq=∮Eds = C N

以上k是比例常数，∮为包围O点封闭曲面积分，E就是正电场。

以上也可以用散度概念表示，我们以高斯曲面S包围O电荷，S内的体积为V，电荷O的电量q与V的之比为L，当我们考察V趋于无限小情况下，则式Kq =∮E ds = C N可以用

• ▽E = L/ε。

表示，式中ε。为真空中介电常数。上式表示在某一个时间内从体积V内移出（移出是正电荷，或者进入，进入是负电荷）的几何点的数目，数目N多少反映了电荷Q电量的大小。

我们设想体积V有许多小正方体构成，当O点相对于我们观测者以速度v匀速直线运动时候，这些小正方体的体积每一个按照相对论的看法要收缩一个相对论因子√（1-v²/C²），许多个小正方体累加起来，总的体积也要收缩一个相对论因子√（1-v²/C²）。

由于数目按理不会随速度v变化，而包围电场中的光速C = dr/dt中的dt可以看成很小的两个时刻的差，是一段时间,按照相对论的看法也要膨胀一个相对论因子√（1-v²/C²），结果是电量Q不会随速度v而变化。这样我们从电荷的几何本质出发，解释了电荷的相对论性不变。

我们接着来给磁场下一个定义。

设想一个相对于我们观察者静止的O点，带有电荷，在周围空间P处产生了静电场E，当O点相对于我们观察者以速度v运动的时候，在O点周围空间P处还产生了磁场B。

在一小块面积△s上垂直穿过几何点的速度矢径v的条数为1，v和△s乘以光速C的比值反映了O点在P处产生的磁场场强B，

B = v/ C△s【B】

【B】为沿B方向的单位矢量。

上式也可以用矢量叉乘表示为：

B = v ×e/ C△S

e为沿电场E方向的单位矢量,C为光速。

利用以上的电场定义式E = C/△S【E】和磁场定义式B = v/ C△S【B】很容易导出磁场B是电场E的相对论性效应：

B = v × E/ C²

利用以上的电场的的定义式E = C/△S【E】和磁场的定义式B = v/ C△S【B】也可以解释麦克斯韦方程中位移电流假设。

我们知道，安培环路定理可以从比奥---萨伐尔定理导出，麦克斯韦方程中的变化电场产生磁场方程：

• ∮Bdr =μ。I +（d/dt ∮Eds)/ C²包含安培环路定理，其中的μ。I是安培环路电流，考虑在真空中没有电流，只有点电荷周围空间产生的电磁场情况下，μ。I这一项可以去掉，可以认为，运动的点电荷在周围空间产生电磁场是比奥-萨伐尔定理和安培环路定理的基础，因此我们只要考虑∮Bdr =（d/dt ∮ Eds)/ C²，也就是只要解释麦克斯韦位移电流假设。

将式B = v/ C△s【B】两边点成矢量dL，L方向和B方向一致。

• B dL= （v/ C△s【B】）dL = dr×dL/ dt C△S = (dr×dL)C/ dt C²△S= (dr×dL)E/ C² dt = d(E△s)/ dt C²

注意上面的速度v改为dr/ dt，r的方向和L垂直，dr×dL=△s。

• 将式B dL= d(E△s)/ dt C²

两边积分，就是麦克斯韦位移电流假设：

• ∮B dL= ∮d(E△s)/ dt C²
• 这个就是麦克斯韦方程中随时间变化的电场产生磁场。注意，积分∮Bdr是沿B的环绕方向的线积分，∫d(E△s)是高斯面积分。我们认为电场变化时候，式E = C/△S【E】仍然适用，可见位移电流假设只适用缓慢变化的电磁场。

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由电场定义式E = C/△S【E】和磁场的定义式B = v/ C△S【B】我们还可以导出法拉第电磁感应原理。

令cosθ = v/ C

• 则d(B △s）/dt = d(cosθ)/dt = - sinθ/dt = -√（C² - v²)/dt C

由R = Ct【R】，可知：

• d(B △s）/dt = -√（C² - v²)/dt C = -√（C² - v²)/dR

= - dL C√（1 - v²/C²)/dR dL

= - dL C√（1 - v²/C²)/△S

利用E = C/△S【E】，上式等于：

- dL C√（1 - v²/C²)/△S = - E dL √（1 - v²/C²)

如果不考虑相对论效应，上式可以为：

- dL C√（1 - v²/C²)/△S = - E dL ，由此导出：

• d(B △s）/dt = - E dL

上式两边是微分式，两边积分，就是法拉第电磁感应式;

• -∫d（B △s)/dt =∫E dL