|
第五节 旋转体磁效应 因为公式与插图无法贴出,要看带公式与插图的原文,请点击: http://yebo.nease.net/000001-35.htm 人们已经探测到太阳普遍磁场遍及整个太阳系。地球自转也会带动电磁以太随其转动而产生地磁场。太阳系的行星包括月球都因自转而产生各自磁场，而且其中类地行星（包括月球）自转角 天文观测表明，太阳、室女座78号和地球的磁矩都近似地和它们各自的角动量成正比。于是有人在1947年提出这样一个设想：转动的物体都附有磁矩，磁矩在大小和物体的角动量成正比。他设想这是自然界的一个物理规律，就如同电流都附有磁场一样。普通的物体显不出这个效应是因为物体太小。若物体有月球那样大，磁性就显示出来了。这一假说在历史上曾引起广泛的注意。 日月星辰以及地球等一切天体都是不停地在旋转着，旋转天体又都具有磁场，这是铁的事实。天体的磁场和自转之间一定有着某种物理实质的联系，这是极为自然的和合理的。H.W.巴布科克曾把太阳与早型星作过对比。太阳赤道上的自转速度为2公里/秒，而普遍磁场的强度为50高斯；如果磁场强度与自转速度成正比，并取B，A，F型星的平均赤道转速为60公里/秒，它们的磁场强度就应该是1500高斯。说来真是凑巧，巴布科克所观测的第一颗恒星——室女座78——的磁场强度正好是这样大。于是，人们就一度认为，天体的磁场强度真是与自转速度成正比，而且还有人认为这是自然界的基本规律之一，也是电磁场与重力场之间联系的具体表现之一。其代表人物是布莱克特(Blackett)，他把地球、太阳和室女座78星（这是当时已测出磁场强度的唯一恒星）三个天体的自转和磁场作了一番比较，有趣的是，尽管这三个天体的质量、体积和磁场强度都相差悬殊，可是它们的磁矩和角动量的比值却几乎一样。 布莱克特进一步指出，磁矩P和角动量U这两个物理量之间存在下列关系： 式中G为引力常数，c为光速，β是一个近似等于1的常数，他认为，此式代表了自转和磁场的内在联系，并企图为这个概念找到理论诠释和实验证据。但是，人们认识的发展往往是曲折复杂的。后来，大量的观测资料表明，磁场最强的星不一定自转很快。具体说来，对于一般的早型星，赤道转速在视线方向上的投影（vsini）的平均值是177公里/秒，而Ap星仅为52公里/秒。这样看来，天体的磁场与自转之间很可能并没有实质上的联系。 两位捷克天文工作者对80颗磁星作了进一步的统计研究，他们绘出了磁星在以vsini和He（极区磁场强度）为坐标的图上的位置。我们可以看到，图上的点子弥散得很厉害，因此，很难认为恒星的转速度与磁场强度之间有什么确切的关系。我们顶多只能说，当He从0增加到1000高斯时，vsini由15变为21公里/秒，在这一段自转速度随磁场的增长并不是很大的。 顺便提到，化学成份不同的磁星的磁场强度可能是不一样的。具体说来，锰含量特别大的磁星的He值小于700高斯，而铬和锶特别多的磁星的He在400高斯以上。 从上述大量统计事实来看，似乎天体的磁偶极矩与自转角动量成正比的结论不是普遍正确的。但是，磁场强度的确是与天体的自转紧密地联系在一起的。例如太阳系中的金星的质量是地球的4/5，由于其转速太小（243日才转一圈），所以其磁场与地球相比就非常地小。 联想到无论哪一个电子，其轨道磁矩和自旋磁矩都是可以计算的，而且分别与轨道角动量和自旋角动量成正比。为什么在微观里成立的东西在宏观中就不成立了呢？ 这是因为微观粒子是刚性的，而天体有的有一固态的外壳，有的根本上就没有一个固态的外壳。即使有一固态外壳的地球也不是一个刚体，可以大体分为地壳、地幔和地核，其地幔就是液态的。人们已经发现，地壳、地幔和地核的转动不是同步的。因此，地球角动量的大小应该是各部分角动量的矢量和，并不仅仅是把地球作为一个刚体，以地壳的角速度作为刚体自转角速度而计算出来的角动量。由此看来，天体的角动量是一个很复杂的量，因为无法知道天体内部的自转，人们根据表面角速度计算出的天体角动量是不准确的。 因此，天体的磁偶极矩与自转角动量成正比的结论是普遍正确的，否定该结论的原因并不成立，因为人们计算出来的天体角动量是不准确的。 地壳、地幔和地核的转动不是同步的，地球的磁场是这三部分带动的电磁以太涡旋的综合结果。不难想象，如果这种不同步因某种原因在逐渐地变化，那么地球的磁场也会逐渐变化。事实正是这样的，人们发现地球的磁场强度正在不断地减少，估计在2000年后会消失。 由于地壳的平均厚度只有33公里左右，地球的赤道半径是6378公里，因此，地壳的角动量只占地球总角动量很少部分，也就是说地球的磁场主要地是由地幔和地核的角动量产生的。如果地幔和地核除了有绕地球自转轴转动以外，还有绕另外的轴（例如和自转轴垂直的轴）作转动，如转动了180度，那么就会发生磁极反转现象。不过这种缓慢的内部转动人们一时很难发现。 自1920年，科学家们就已经知道，出自不同地质年代的岩石具有不同的磁极，有时磁力线向北，有时磁力线反转向南。1963年U.S.Gologicalaurvey的Allan cox,Richard Doell Brent Dalrymple和Iam Mcdongall（工作于澳大利亚国家大学）通过对火山岩石的放射性周期测量能准确判断它们的地质年龄，三年以后，研究人员绘制出了三百五十万年的岩石磁场反转时间表。 1965年多伦多大学的Vins 和J.Tuzowilson在对洋中脊磁条带的磁性分析中找到了地磁反转的证据。随后几年，哥伦比亚大学的Neil opdyke通过对深海处获取的样本的分析，绘出了地磁场反转时间表。 lamont's Neil Opdyke对海洋沉淀物的磁性进行研究，样本来自于南太平洋的海底，垂直于岩心进行采样，样本长16-40英尺。岩心样本的磁场反转时间和地质年代与从陆地上火山岩中采集的样本以及洋中脊磁条带地磁反转的年代都是一致的。 因此，不同地质年代的岩石的磁性、洋中脊磁条带的磁性和海洋沉淀物的磁性不仅都有磁场反转，而且磁场反转的时间也非常吻合，这就雄辩地证明了地球磁场已经多次反转。 总之，旋转体的磁效应能比较简单地解释地球和天体磁场的起源以及磁场的反转。也就有力地说明了磁是电磁以太的涡旋。 《自然折哲学的力学原理》是一本什么样的书？它： 弥补牛顿力学的严重缺陷；挑战爱因斯坦相对论；有中国时空特色和力的大统一； 彻底弄清时间和空间；深刻揭示力、电、磁、光的的物理本质；天体演化的新观点；地壳为什么会消亡；集科研和科普于一体；中学生能大体读懂。 要看该书请点击：http://yebo.nease.net/000001.htm> |