场子论概况

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1. 为什么需要场子?

对于任意一个辐射场,如果场源是静止的,那么大家可以轻易地通过实验获得场的数据,然后进一步抽象出场强公式。但是,当场源运动时,大家就变得无能为力了。一些人会想到使用狭义相对论来计算场强公式,可是却说不出合理性,只是认为那样算就对了。实际上,使用狭义相对论计算的仅仅是观测场强的一种特殊情况,远不能涵盖辐射场强和观测场强这些方面。

对于任意一个辐射场,场的传播都存在速度。传统的场论无法体现出场的传播速度,即场公式应该包含场源的运动速度和场的传播速度。

为了研究场源运动的情况,大家必须把场进行量子化,然后通过研究场子来研究场。

2. 场子论是什么?

场子论实质是一个数学模型。场子论用来研究辐射场,但是不是具体的场,如:电场和引力场。只要某个场是辐射场,那么就可以使用本模型来对它进行研究。

场子论描述如下:

1) 所有辐射场皆由场子构成(场的量化);

2) 每个场源至少与两种不同的场子相互作用,场子之间可以相互转化;

3) 场子相互转化后,运动速率大小改变,方向保持不变(本模型重点)

4) 至少一种场子以一定的速度c2向外辐射,同时另一种场子以一定的速度c1射向场源;

5) 观测者在场中运动符合观测效应。

场子论特点如下:

1) 场子流形成场;

2) 至少存在两种类型的场子流;

3) 场源负责对场子流进行相互转化;

4) 场子流的强度就是场的强度;

5) 场子流的强度除了与场源有关,还与观测者的运动状态有关。

3. 场子论模型

假设存在至少两种场子,分别是场子α和场子β。假设场源既可以把场子α转化为场子β,又可以把场子β转化为场子α。

α场子速度为c1,质量为m1;β场子速度为c2,质量为m2。他们存在以下关系:

c1 > c2

m1 < m2

α内能 < β内能

即质量越小,速度越快,内能越小。

当场源对场子α和场子β进行相互转化时,因为场子的总质量不会改变,速度大小发生改变,所以场子动量发生改变,因此场源在转化场子时受到冲力。

图 1

如图1所示,场源对场子α和场子β进行相互转化,从而获得冲力。当场子α转化为场子β时,场子动量减少,场源获得一个向右的冲力。当场子β转化为场子α时,场子动量增加,场源同样获得一个向右的冲力。

本模型不针对任意特定的辐射场,后续的讨论都是假设电场、引力场满足这个模型。

4. β场

β场由场子β构成。如果存在两种不同的β场子,且场源只吸取其中一种β场子,而排斥另外一种β场子,那么场源之间存在吸引或者排斥的关系。如果场源互相吸取对方发出的β场子,那么场源之间相互吸引;如果场源互相排斥对方发出的β场子,那么场源之间相互排斥。不过,有时候相互吸引的场源在某种条件下也会相互排斥。

4.1. 运动场源

4.1.1. 场强上下不对称

当场源运动时,打到场源的场子就会增多,被转化出来的另外一种场子也会增多。假设场子α的浓度各个方向都是均匀的,当场源沿着y轴运动,其辐射出的β场该如何?

图 2

如图2所示,辐射出的β场左右对称,上下不对称。上面的场强弱于下面的场强。因为场源上表面接收到更多场子α撞击,所以场源把更多的从上往下的场子α转化成场子β,然后向下辐射出去。

图 3

如图3所示,红色面为场源运动速度为0.9c2的场强面1,绿色面为场源运动速度为0.5c2的场强面2,浅蓝色面为场强等于1的场强面3。面3与面1、面2的相交线呈椭圆形。从椭圆可以看出,场源运动速度越快,椭圆中心偏移坐标原点就越大。因为相交线是场强相等的线,即等强线,所以离坐标原点相同的距离的点,y为负的点,要比y为正的点的强度强。换句话说,y=1处的场强小于y=-1处的场强。

4.1.2. 场方向存在夹角

当场源运动时,空间中某个点的场子的运动方向与场源存在一个夹角。场源运动速度越高,夹角就越大。

图 4

如图4所示,当场源从C运动到A时,场子也从C运动到B,很明显存在一个夹角δ。如果AC距离越大,表明v越大,那么夹角δ就越大。

图 5

如图5所示,红轴为x轴,绿轴为y轴,蓝轴为δ,灰面为v=0,红面为v=0.9c2,绿面为v=0.5c2。从图可以看出,y=0时,角度差δ最大;速度v越大,角度差δ越大。

4.2. 运动观测者

4.2.1. 观测场强

观测者其实也是场源。根据模型可知,观测者把β场子转化回α场子获得冲力。如果观测者转化的β场子越多,那么就获得越大的冲力。也就是说,观测者观测到的场强是与其运动有关。如果观测者运动方向与场子传播的方向相同,那么观测到的场强小于其静止的场强。如果观测者运动方向逆着场子传播方向,那么观测到的场强大于其静止的场强。

4.2.2. 洛伦兹变换

当场源和观测者都在x轴上,且都以相同速度沿着y轴方向运动时,观测者运动时观测到的场强与其静止时的符合洛伦兹变换关系。

其中,Eo为观测者运动时观测到的场强,E为观测者静止时观测到的场强。

4.2.3. 吸引变排斥

场源对场子的转化能力存在极限。如果打到场源的场子不断增加,超出转化极限,那么场源将把多余的场子反弹回去。

假设两个场源是相互吸引的,那么说明他们都吸取对方发出的β场子,然后转化为α场子。如果两个场源相对加速运动,那么彼此观测到的场强都增多。当观测场强达到极限时,场源再不会吸取场子,而是反弹这些场子。当反弹的场子逐渐增加时,吸引慢慢转化为排斥。

典型的例子是原子的电子运动。核外电子既不能远离原子核,也不能靠近原子核。当电子远离原子核时,电场力就会把电子拉回来。当电子射向原子核时,电子反弹的场子β增多,吸引力就会变成排斥力,电子就会被推离原子核。因此,原子的结构是稳定的。

5. α场

α场由场子α组成。当场源将场子α不断地转化为场子β时,场子α源源不断地射向场源,从而形成了α场。

当场源静止时,其既辐射β场,又形成α场。其它场源置于其中时,会受到两个场的作用,其受力是两个场力之和。

如何理解α场?想象在平静的湖面上,一艘船快速掠过,形成一个中间低两边高的凹形水面。这个凹形水面就是α场,任何漂浮在水面上的东西都会向中间滑去。

α场力总是使两个场源相互吸引的。

5.1. α空穴

如果不存在场源,那么空间中的任意一个点都有α场子从西面八方射来,他们相互抵消,所以α场强等于0。

如果存在场源,那么场源把α场子吸取,转化为β场子,向外辐射。此时,就形成了α场子空穴,场源四周的α场子源源不断射向空穴,形成了α场。

如果把α场子射向场源理解为α空穴向外辐射,只是方向不同而已,那么,α空穴场和β场形式完全统一,计算也统一,只是传播速度大小不同。

6. 场子论有哪些应用?

场子论是一种数学模型,计算很复杂,需要考虑的因素较多,包括:场源的运动速度、观测者的运动速度、场子α的运动速度和场子β的运动速度。幸运的是,现在计算机科学很发达,这些计算全部都可以由计算机来完成。

场子论比洛伦兹变换覆盖更广的范围,洛伦兹变换仅仅是场子论里的一个特例。

场子论适合应用于运动的辐射场的研究,如:运动电场和运动引力场。

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