第三章  电、磁和光的物理本质

第一节  电的物理本质

电现象是与电子和电磁以太和存在分不开的。只有彻底弄清了电子和电磁以太的特性，才能掌握电的物理本质。

一、电子的发现

当将阴极射线管抽成部分真空并与高压电源联结时，便有电流从管内流过。伴随着电流流动，阴极射出一束射线。此射线撞在玻璃管壁的屏上，即显荧光。利用荧光现象可以知道有射线的存在。

在19世纪后三十年内，人们对阴极射线的特性进行了充分的研究。特别是，人们发现这种射线在电场或磁场作用下都会发生偏转。

1897年汤姆生（J。J。Thomson，1856—1940）在阴极射线的荷质比实验中，测定了阴极射线的电荷与质量的比值e／m（后来称做电子的“荷质比”），并通过在卡文迪许实验室进行的电磁场偏转实验和威尔逊云室的轨迹观察，对偏转的性质进行了仔细研究之后，他于1897年宣称：这种射线是由带负电的粒子流组成的。这种子带负电的粒子就是电子。之后电子理论便在物理学界引起了人们极大的重视，并为现代物理学的发展起了重大的促进作用。电子的发现与汤姆生的名字是紧紧联系在一起的。

二、电磁以太的历史回顾

长期以来，人们一直认为我们周围的空间中存在着一种电磁以太的物质。它是电磁现象的载体，也是电磁力和光传播的媒介。它是继固体、液体、气体和等离子体之后人们认识到的一种新状态的物质。

在十九世纪最后的十多年里，电磁以太理论成了物理学中极为灿烂的一颗明星。人们设想自然界中所有的力和作用全都靠电磁以太形成。电磁以太与原子并列，被看成是宇宙的基本构成要素。

以1900年为分界线，电磁以太这颗明星便开始殒落。当时，一方面，为了说明物体在电磁以太中运动丝毫不受阻力，必须假定电磁以太比任何气体还要轻得多和稀薄得多；为了说明为什么电磁波是横波，并以极大速度传播，又必须假定电磁以太中能产生比任何固体都大的切变应力。因此电磁以太具有极其矛盾的机械属性，这是不可思议的。另一方面，固体中激发出横波的同时也伴随着产生纵波，但是在电磁以太中产生电磁波的同时却丝毫没有发现电磁以太纵波。然而，造成这颗明星殒落的根本原因是迈克尔逊——莫雷试验的零结果。从十九世纪末到二十世纪初，人们深刻地研究了电磁以太和物体运动的关系后得出这样的结论：从光行差现象的观测结果来看，地球是从电磁以太中穿行而丝毫不带动电磁以太；而从斐索流水试验的结果来看，物体是部分带动电磁以太；但是从人们精心设计的迈克尔逊——莫雷试验的结果来看，则地球又完全带动电磁以太和它一起运动。虽经当时杰出的物理大师们绞尽脑汁，仍然无法解决这一矛盾。最后只好依依不舍而又无可奈何地抛弃了电磁以太理论。

三、否定电磁以太是人们一个重大错误

人们认为只要物体运动，就会带动电磁以太一起运动，产生“以太风”。迈克尔逊——莫雷试验的零结果否定了“以太风”，从而电磁以太也当然不存在。这种推论是错误的！这是人们不了解电磁以太的力学特性的缘故。

和固体、液体、气体和等离子体四态相比，电磁以太有它特殊的力学性质，这就是电磁以太的散度为0。也就是说，电磁以太从什么地方发出，通过一条闭合曲线，重新回到原来的地方。从整体上看，以太只能作涡旋运动，而不能作平动。换言之，在我们周围的空间中，只存在以太的涡旋，而不存在“以太风”。至于电磁以太为什么只能作涡旋运动，而不能作平动，目前尚不清楚，我们以后会用大量的事实来证明这一点。因此，“以太风”虽然不存在，但以太涡旋是存在的，电磁以太当然也是存在的了。

地球在绕太阳的轨道上运转和自转时，会带动以太。在地球上空，产生的并不是“以太风”，而是以太的涡旋。这些以太的涡旋从整体上不会影响遥远星光向地球的传播。也就是说，对于光的传播而言，以太的涡旋与静止的以太产生的效果是一样的。地球相对于恒星在运动着，因此会产生众所周知的光行差。

同样地，由于迈克尔逊—莫雷试验中的水平和垂直臂上，没有“以太风”，只有以太涡旋。因而根本不会产生光程差，从而干涉条纹也不会发生任何变化。迈克尔逊—莫雷试验只不过否定了“以太风”的存在。而以太风在地球的上空本来就是不存在的。

由此可知，从迈克尔逊——莫雷试验的零结果推断出以太不存在的结是一个严重的错误。

四、电荷的物理本质

    什么是电荷？电荷是质子或电子与电磁以太的相互作用而引起的。我们知道，液体与固体之间存在“润湿”与“不润湿”的作用，例如水和玻璃是“润湿”的，水和蜡则是“不润湿”的。类似地电磁以太和质子是“润湿”的，而和电子则是“不润湿”的。

   在质子的周围会产生这样一种现象：靠近它周围的电磁以太的密度会比离它较远的地方要大，或者说在质子周围吸附有较密集的电磁以太。我们把这种现象叫做质子带有正电荷。同样地，靠近电子周围的电磁以太的密度比离它较远的地方要稀疏。或者说，因电子排斥作用其周围只有较少的电磁以太，于是我说电子带有负电荷。也就是说，电磁以太和质子和电子之间存在着一种类似表面张力的电磁力，显然，这种电磁力是通过电磁以太来传播的。

如果物质与电磁以太不发生吸附或排斥作用，或这种吸咐与排斥作用恰好抵消，我们就说这种粒子是中性的。

   质子运动，它所带的正电荷也会跟着它一起运动，如图一所示，质子从A运动到B，那么密度大的电磁以太会随着质子从A运动到B。因此，电磁以太的流动方向与质子运动方向相同。

电子运动时也会带着负电荷一起运动，负电荷的运动类似于“空穴”的运动。电子从A运动到A₁，相当于原A₁处的电磁以太流动到了A处，补充了原来A处的空穴，而在A₁ 处产生一个新的空穴。同样地从A₁运动到A₂ 相当将A₂ 处的电磁以太流动到A₁ ，因此电子运动时，电磁以太的流动向与其运动方向相反。这样电子从A运到B就是电磁以太从B流向A。带有电荷的物体运动时因会带动电磁以太流动，就会消耗本身的能量。而中性物体运动时，因为电磁以太很小而物体相对电磁以太而言则是非常“空”的，仅有极少电磁以太和物体直接发生碰撞，电磁以太基本上能自由地从物体中穿过，而不会影响物体的运动。

必须强调的是，质子只能带“旋”电磁以太，在质子的运动轨迹上，电磁以太旋转的线速度方向与质子运动方向一致。而在电子的运动轨迹上，电磁以太旋转的线速度方向与电子运动方向相反。因此，质子和电子所带旋的电磁以太，其旋转方向恰好相反。

六、电荷之间的作用

    电荷之间的作用力是一种非常复杂的作用力，它涉及到更深层次粒子的碰撞。下面仅作简要说明。

电荷的存在破坏了电磁以太在空间的均匀分布。由于电磁以太的扩散，分布不均匀的电磁以太便力求恢复到原来的均一的状态。

如果空间有两个正电荷，那么该处电磁以太密度变大。电磁以太的扩散作用会使两个正荷趋于分离，因为它们离得越远，该处的电磁以太密度便越趋近于自然分布。同样地，存在两个负电荷的地方因电磁以太密度变小，也会受到电磁以太的排斥作用。因为它们离得越远，该处的电磁以太密度也越趋近于自然分布。

一个正电荷和一个负电荷之间则会受到电磁以太的吸引作用，当其靠近时，正电荷带得较多的电磁以太与负电荷带得较少的电磁以太正好相互中和。其愈靠近，电磁以太的密度分布也会愈接近于自然分布。

历史上，已经有人根据电磁理论严格地证明了点电荷之间的库仑定律。

如果有人问，什么是电？我们可以这样回答：电是质子或电子与电磁以太之间的相互作用。