作者 张祥前 农民科学家

本文大写字母为矢量

苏格兰物理学家麦克斯韦和英国物理学家韦伯最早发现了真空中磁导率和介电常数乘积恰巧是光速平方的倒数，这个原因是什么？

对于这个问题，现在普遍的看法是，麦克斯韦方程组认为：电荷加速运动的时候，周围空间在曲面上分布的电场发生变化的时候，可以产生曲面边界环绕线状分布的变化磁场，这个变化磁场线穿越某一个曲面，可以产生这个曲面边界的线状分布的变化电场，这个变化电场又可以产生垂直方向的变化磁场，而变化磁场又可以产生垂直方向的变化电场。

这样，变化电场和变化磁场相互激发，产生波动，这个波动以某一个速度向外传播，这个就是电磁波。

麦克斯韦方程导出的这个电磁波波动速度的平方是真空中磁导率和介电常数乘积的倒数，后他们发现这个波动速度和光速数值高度吻合，麦克斯韦在这个发现的基础上大胆预言光的本质就是电磁波。

统一场论【百度 统一场论5版（上）可以搜到】认为光不完全等同于电磁波，加速电荷在周围空间产生的电磁波本质是加速变化的电磁场，而电磁场的本质是变化运动的空间，只有这个加速变化电磁场扫到某些电子，使电子质量和电荷特性消失而激发起来，以光速运动，这个才是发光。光的粒子性是因为光子是激发电子，光的波动性是空间本身的波动。

这篇文章给出电场和磁场的几何定义方程，并且指出电场和磁场满足的两种形式的数学关系，一种是在三维立体空间里磁场和电场之间的关系，一种是在曲线上分布的电场和磁场之间的关系，通过两种不同的数学关系，我们可以清楚的看出光速的平方为什么恰巧是真空磁导率和介电常数乘积的倒数。

我们首先来探讨磁场的本质。

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，场的本质是物体粒子相对于我们观察者运动所表现出的一种性质而不是物体本身。

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"。

场的本质就是物体粒子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【为了方便描述物体运动，我们不考虑物体的线长度，把物体看成一个点，称之为物质点】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？

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，我们给物理中引力场、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，物理四大场本质就是运动变化的空间，从以上的定义可以知道，物理四大场都是矢量场。

我们知道自然界中有万有引力、电场力、磁场力和核力4种基本力，相应的有万有引力场、电磁场和核力场。

统一场论认为弱力是电磁场力和核力的合力，不是基本力。统一场论还有以下一些看法。

力是物体在空间中运动状态或者是物体周围空间本身运动的运动状态发生变化的变化率。力的本质是一种性质。

场是物体周围空间柱状螺旋式运动在单位体积内、单位时间内的运动量。

一切物理现象都是物体相对于我们观察者在空间中运动和物体周围空间本身的运动形成的。

物体之间的相互作用力都是物体或者质点首先影响空间，进而影响空间中存在的物体来实现的，相互作用力本质来自于物体和空间本身的运动。

由于空间本身时刻运动，所以，空间本身可以传递相互作用力。

统一场论认为宇宙任何物体相对于我们静止的时候，周围空间都以柱状螺旋式在运动，因而统一场论给出了三维柱状螺旋式时空方程：

设想质点o相对于我们观察者静止，周围许多几何点在运动，其中任意一个几何点p在零时刻以柱状螺旋式在运动，p点的运动位移方程为：

R= h cosωt i+ hsinωt j + ct k

以上假定ct k沿着z轴，c是光速，hsinωt j 沿着y轴，h cosωt i沿着x轴。

为了描述o点周围运动空间总的流量，我们作一个高斯面s包围o点，我们设想o点周围立体角度4π分布有n条矢量R穿过高斯面s 。

由于o点相对于我们观察者静止，周围空间的运动是均匀的，没有那一个方向是特殊的，所以，环绕量∮h cosωt i = 0，∮hsinωt j = 0

这样：o点周围空间总的流量应该是nR = nCt

相应的有时空同一化方程R = C t = x i+ y j + z k

光速度C【注意，这里光速C是矢量，统一场论认为光速可以为矢量，矢量光速方向可以变化，而模不变】辐射式的运动，因而物体有一个特殊的静止动量m’C，当物体相对于我们以速度V运动的时候，动量为m（C- V）

核力、电磁力和万有引力表面看是物体之间的相互作用力，本质都是物质点在空间中相对于我们观测者运动状态的改变形成的，都是惯性力，都是动量P = m（C-V）随时间t的变化率。

F = dP/dt = Cdm/dt- Vdm/dt + mdC/dt - mdV/dt

(C- V)dm/dt = Cdm/dt- Vdm/dt统一场论认为是质量随时间变化的力，是电磁力。

其中Cdm/dt是电场力，Vdm/dt是磁场力，

mdV/dt牛顿第二定理中的惯性力，也是万有引力。

mdC/dt 统一场论中认为是核力.

统一场论中给出的质量、引力场的几何定义方程是：

设想一个质点o相当于我们观察者静止，在零时刻一个几何点p以光速度C【本文认为光速可以为矢量，用大写字母表示，矢量光速可以变化，标量光速用小写字母c表示，c不可以变化，本文大写字母为矢量】从o点出发，沿某一个方向运动，经历了时间t，在t'时刻到达p所在的位置，让点o处于直角坐标系xyzo的原点，由o点指向p点的矢径为R = C t = x i+ y j + z k

R是空间位置x，y，z的函数，随x，y，z的变化而变化，记为：

R = R（x,y,z,）。

我们以 R = Ct中R的长度r为半径作高斯球面s = 4πr²【内接球体体积为4πr³/3】包围质点o。

o点周围的引力场A表示o点周围在体积4πr³/3内有n条几何点的位移矢量R = Ct，

A = k g n R /（4πr³/3）

k为比例常数。 g为万有引力常数。

而质点o的质量m就表示在高斯球面s = 4πr²【内接球体体积为4πr³/3】内，包含几何点矢量位移R = Ct的条数n和立体角度4π的比值。

m = 3 k n /4π

这样,以上的引力场方程A = k g n R /（4πr³/3） 可以写为：

A = g m R /r³

以上引入的质量方程m = 3k n /4π中角度是常数4π，实际上角度可以是变量，在0和4π之间变化，n和m都可以是变量，质量方程仍然成立。

我们引入立体角Ω概念，把质量方程 m = 3k n /4π写成普遍形式：

m = k n /Ω

相应的有比较普遍的引力场方程：

A = g m R /r³ = g k n R/Ωr³

相应的高斯面为s = Ωr²

实际上高斯面不只是正球面，可以是任意封闭曲面，但是，曲面是光滑的，并且没有破损。高斯曲面内接球体也可以是任意形状，但是，表面是光滑的，并且没有孔洞的。

在统一场论中，以上的质量为m的质点o在周围空间p处产生的电场E定义为万有引力场随时间t变化而产生的。

也就是电场E = 常数乘以dA/dt

=常数乘以d/dt(g k’mR /r³)

=g k R(dm/dt) /ε。4π r³ + g k m(dR/dt) /ε。4π r³

= g k R(dm/dt) /ε。4π r³ + g k m C/ε。4π r³

g ，k为常数，ε。为真空介电常数。

以上的的o点，质量为m，带有电荷q，由o点指向p点的矢径为R，在周围空间p处产生了静电场E有两种形式，我们用质量m随时间t变化量来表示电荷，相应的 在p点产生的电场E为：

E= q R/4πε。r³ = k(dm/dt)R/4π ε。r³

当o点相对于我们以速度V运动的时候，可以引起V垂直方向的电场E的变化，变化的部分我们可以认为是磁场B【这种看法和相对论是一样的】

很简单的想法是电场E乘以速度V就是磁场B ，由于速度V和电场E相互垂直时候，产生的磁场最大，因而它们之间是叉乘，所以有以下关系，

B = 常数乘以（V ×E）

由相对论和电动力学我们知道运动电场E的几何形式方程可以写为：

E = Ψ q R/4πε。r³ = Ψk( dm/dt)R/4πε。r³，

其中运动电场相对论修正相

Ψ=（1-v²/c²）/【√[1- (v²/c²)sin²θ]】³ ，

上式中θ为矢径R和x轴的夹角，由以上可以得出磁场B 的几何形式方程，

B = 常数乘以【V ×（Ψ qR/4πε。r³）】

= 常数乘以【V ×Ψ k( dm/dt)R/4πε。r³】

合并常数，由于我们这里讨论的是在真空情况下，以上与磁场B相关的常数用真空磁导率μ。表示。

B = μ。【V ×Ψk(dm/dt)R/4π r³】

以上就是真空中磁场的几何形式方程，由这个方程可以得出和电场、磁场相互关系满足：

B =μ。【V ×Ψk(dm/dt)R/4π r³】

= μ。【V ×（Ψ qR/4π r³）】

= μ。【V ×ε。（Ψ qR/4πε。r³）】

= μ。ε。【V ×（Ψ qR/4πε。r³）】

= μ。ε。（V ×E）

在统一场论中，当电场E和磁场B都在曲线上分布，E可以用矢量光速C表示，而磁场B的方向在V和C所在的平面的垂直方向上，B的数量可以表示为v/ c

v是电荷运动速度V的数量，c是标量光速。根据前面的磁场B是电场E乘以电荷运动速度V的看法，结合磁场B的数量可以表示为v/ c, 以及电场E可以用矢量光速C表示的看法，有下式

B = 常数乘以V×C/ c²

v/ c在统一场论可以表示为cosθ, 也就是磁场B数量可以表示为v/ c =cosθ，磁场B 的方向在矢量C和V构成的平面的垂直方向上。这样，以上方程可以写为：

B = 常数乘V×C/ c² = V×E/ c²

把以上式和 B = μ。ε。（V ×E）相比较，可以明显看出真空磁导率和介电常数乘积就是光速平方的倒数，我们这里是从电场和磁场几何定义方程出发直接解释，意义肯定是非同寻常的。