您现在的位置: 首页 > 网站导航收录 > 百科知识百科知识

电荷可以转化成能量吗，为什么？

电荷,粒子,电场电荷可以转化成能量吗，为什么？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

但电场和磁场是一种客观存在，是一种物质场，能量场。处于电场和磁场中的带电物体，就是通过场来互相作用的。

而且电场和磁场就好像一个硬币两个面，即有电场必有磁场，有磁场必有电场。运动电荷产生磁场，这一点已毫无疑问。再跟据相对性原里，即使是静止的电荷，只要另选一个相对运动的座标系为参考系，该电荷也是运动的，就也会产生磁场，会得出：无论电荷是否运动，都会产生磁场。即——有电场一定有磁场。

综上所述，有电场必然有磁场，有磁场必然有电场，二者相互依存，不可分割。

两者的相同点：电场和磁场均为矢量场，即都具有大小和方向。

两者的不同点：电场为有源场，即散度不为零，磁场为无源场，散度为零。电场有源性的推理：存在点电荷，即单极电场（正电场和负电场）。磁场无源性的推论：不存在磁荷，即没有单极磁子。

各位，看到这里我再问一个问题：“电场，磁场，电磁场，电磁波都是物质场，显然这些都是以电荷为基础产生的，那么电荷为什么不是物质？难倒电荷可以无中生有？”

可以这样回答，倒不是说电荷无中生有。电荷是一种物质或粒子性质。而且电荷无法单独存在。即电荷借力“物质或粒子”形成各种场，这样就不算是无中生有。

这种电荷的性质，也是和辐射理论相吻合。因为我们知道，任何物体都以电磁波的形式向外辐射能量。这与任何物体或粒子都携带有电荷一致的。

当然电荷理论，还有值得深入研究的地方。比如在夸克领域，存在分数电荷量。一旦夸克禁闭被打破，就意味着电荷理论必须做出修改。从电荷量子化，就可以看出电磁学理论，本身符合量子力学。所以说电磁学理论承上启下，是没有错的。即连接经典电动力学体系，又连接量子力学体系。

而相对论中，物理是广义，还是狭义，都包含了电磁学中的电磁波因素，即光速，从一定意义上来说，本身这就是有连接了。所以也是说明，大统一理论的思想思路，是没有问题的。

本章的科普，到此就可以结尾了。但我一直强调我们的问题，没有最后一个。如果我问一个问题：电荷的本质是什么？

那么这个问题就非常大了，我自己好奇，就找了一篇文章，我是赞同的。所以如果你也好奇，可以接着读读下文关于电荷本质的论述。

从开头读到这，相信很多读者可能已经对电荷有了一些似是而非的理解了。是的，同能量、动量和角动量一样，电荷的本质是来自于一种连续的对称性，叫做全局的U(1)规范对称性。该对称性与能量、动量及角动量所对应的时间平移、空间平移和空间旋转对称性是有很大区别的，后者的对称性都是和时空相关的，都被称为时空对称性，而前者的对称性则与时空无关，被称为内禀对称性。因此，我们也称粒子的电荷是一种内禀的属性与时空无关。

那么，何为全局的U(1)规范对称性？我们知道，在量子场论中，粒子的行为是由该粒子的场算符所描写的，而对于很多粒子来说，它的场算符是由一对互为厄米共轭的复的场算符

来表示，比如电子。全局的U(1)规范变换，即是对场算符做

的变化，即在场算符前加一个全局的相位因子（这里的α是一个任意的与坐标无关的实参数，若其与空间坐标有关则被称为局域的U(1)规范变换，这里不予讨论）。若在这种变化下，即α 取任何实数，系统的运动方程都保持不变，那么称该体系具有全局的U(1)规范对称性。

这样，我们可以根据相关的数学计算，将全局的U(1)规范对称性所对应的守恒荷的相关算符形式给求出来。例如，对于自由的电子场，根据诺特定理，通过计算我们可以得到如下的守恒荷的算符形式：

其中，

分别是电子与正电子（电子的反粒子）的产生、湮灭算符，s表示电子的自旋。显然将Q算符作用在电子的单粒子态上，我们得到单电子的该荷量是+1，作用在正电子的单粒子态上，得到正电子的单粒子荷量为-1，也就是说电子与正电子所带的这种荷大小相等，符号相反，而这一结论可以推广的所有粒子中。

这里，大家可能发现了，我们仅仅给出了该荷的形式上的量子化关系，并不能计算出电子实际所带的该荷量的大小和其物理意义。这是由于我们上面所讨论的是自由电子场，并没有引入相互作用。

当我们将电子场与电磁场进行耦合，即引入电磁相互作用时，我们发现电子所带的该种荷与我们先前定义的电荷的行为是完全一样的，因此，我们认为电子的该守恒荷就是我们所说得电荷。实际上，从电磁相互作用的拉格朗日量中我们可以看出，单粒子的电荷量大小影响着该粒子与电磁场的耦合强度（及QED的耦合系数），二者是成正比的。推广到经典极限下，粒子的电荷就表征着库伦力的大小和方向。总之，我们认为，电荷的本质是来源于粒子的全局U(1)规范对称性（其实反过来并不一定成立，也就是说并不是所有粒子的全局的U(1)规范对称性的守恒荷都是电荷，只有在是与电磁场耦合的意义下的全局的U(1)规范对称性的守恒荷才是电荷），是个内禀属性，其大小仅依赖于粒子种类，而不依赖于该粒子的时空坐标系选择，即对于一个确定的粒子来说，其电荷量是常量，且互为正反粒子所带的电荷量大小相等符号相反。

至此，或许有些读者表示很不满，认为这种意义下的电荷的本质不过只是一些数学上的小把戏。我们依旧看不清，摸不着，我们甚至怀疑其是否真正存在。然而，正如笔者前面所说的，同声子的概念一样，当我们有了电荷的概念以后，似乎一切物理图像都变得清晰了，并且整个体系是显得如此自洽、直观和完美，在这种意义下，我们为何不认为电荷就是真实存在的呢？或者说，如果不能获得其他什么价值，我们又有什么必要去认为电荷不是真实存在的呢？最后，笔者想引用一下狄拉克先生的一句名言：“这么漂亮的东西不可能是错的。”

好了，这就是本章的科普内容。祝大家学习愉快，生活愉快。

摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》

 3/3   首页 上一页 1 2 3