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关于磁物理学的三大有趣事实,它是爱因斯坦“狭义相对论”的基石

时间:2019-05-09 来源:NIEBURG丽堡格

儿时,课堂上的我们用磁铁和铁质物件进行实验,也用磁铁和铁砂玩一些有趣的小游戏,比如把铁砂撒在桌面上、把磁铁放在桌面下,移动磁铁的同时,令桌面上的铁砂呈现不同的图案。磁铁和磁力普遍的存在于我们的日常生活中,从2300年前中国人发明的第一个指南仪器“司南”、到用途广泛的核磁共振扫描仪,乃至整个地球本身的磁场,真可谓无处不在了。不过,大多数的情况下,人们对磁铁和磁力司空见惯,并不在乎磁物理学中的一些有趣的知识,可是磁物理学中也隐藏着几个鲜为人知的秘密。

关于磁物理学的三大有趣事实,它是爱因斯坦“狭义相对论”的基石

(磁力)

1.磁力源于运动:

即便带有电荷的单个粒子什么也不做,它也会产生一个电场,电场围绕在粒子周围,引导其他的带电粒子做出相应的运动——若附近有一个携带相同电荷的粒子,那么它会被推开;若附近有一个携带不同电荷的粒子,那么它们就会相互吸引和靠近——如果这个电荷运动起来了,就会生成一个新的场,即人们所说的“磁场”。磁场的表现方式与众不同,它不是直接的指向或远离电荷,而是围绕着电荷旋转,且保持着垂直于电荷运动的方向。更奇妙的是,附近的带电粒子只有在同样处于运动状态中,才能感受到磁场,且它们感受到的作用力也是垂直于它的运动方向。

关于磁物理学的三大有趣事实,它是爱因斯坦“狭义相对论”的基石

(磁力)

2.磁单极子可能存在:

宇宙中的所有磁场都是通过运动中的电荷而产生的,故此,谁也无法将磁北极和磁南极分开,它们永远是成对存在。比如一块磁铁被人切成了两半,也只能得到两块磁力更小的磁铁而已,它们内部的电子仍在不断运动,自然而然的产生新的磁场,重新排成磁南极和磁北极。英国物理学家詹姆斯.麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在他著名的麦克斯韦方程组中,直接断言“磁单极子不存在”。此后,人们对“磁单极子不存在”的观点深信不疑,直至人们开始研究离奇的亚原子世界、且物理学家们对量子力学的了解日益深入,“磁单机子不存在”的观点才出现了动摇,磁单极子又成了物理学界的一项研究课题。

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(磁力)

3.磁场是狭义相对论的关键:

英国物理学家詹姆斯.麦克斯韦发现的电和磁之间的关联、以及著名的麦克斯韦方程组是极其重要的,他意识到,电和磁如同一枚硬币一样。电场的改变可以生成磁场、反之亦然,而且他指出“光”就是电和磁互相扰动而产生的。詹姆斯.麦克斯韦将光和电磁学理论进行定量联系的创举,乃是19世纪物理学界最伟大的成就之一,对后世的影响极其深远,著名物理学家阿尔伯特.爱因斯坦就受到了麦克斯韦的影响和启发。爱因斯坦在麦克斯韦的理论基础上更进一步,他意识到电、磁和运动之间的联系,进而开创了举世震惊的“狭义相对论”。

关于磁物理学的三大有趣事实,它是爱因斯坦“狭义相对论”的基石

(磁力)

小考题:儿时,你是否用磁铁和铁质物件做过实验呢?有没有用磁铁和铁砂玩过什么游戏呢?欢迎你留言讨论。

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