正反粒子偶极子经典场论

引力在宇宙中是一片独一无二的区域，引力和其它3种力似乎有着本质的不同。电磁力有时候互相吸引，有时候互相排斥，但引力却总是吸引的。这使它可以在大尺度上累加起来。当考察原子时，引力可以忽略不计，但一旦扩展到恒星、星云、星系的尺度上，引力便取代其它力成为主导因素。目前，未能把引力包含进统一体系。电场、磁场和引力场的传播速度均为光速，迄今，所有场物质粒子均未被发现，这里隐含着一个相同的逻辑——光速传播且不可见。另外，暗物质的分布规律与引力场的分布规律相同。实际上，这些场均与暗物质有关。

电子偶极子是一种正反粒子偶极子，各种正反粒子偶极子由于具有良好的对称性，因此具有类似的物理性质。因此，根据暗物质的各种特性，采用正反粒子偶极子模型统一场论。

电场

物理原理解释：当存在带电粒子时，无极性的正反粒子偶极子被极化。离带电粒子近的正反粒子偶极子极化程度大，随着逐渐远离带电粒子，正反粒子偶极子极化程度逐渐变小。这样，无极的正反粒子偶极子被极化，电偶极矩取向有规律的正反粒子偶极子对周围正反粒子偶极子也产生影响，带电粒子周围的正反粒子偶极子的极化由近及远变得规律，就形成电场(见图4.8)。

 正反粒子偶极子形成电场示意图

电场强度分析：

带电粒子Q的场强电场强度示意图

图4.9为带电粒子Q的场强电场强度示意图。正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间，在“真空”中(或无可见物质，或正反粒子偶极子密度梯度变化较小)，正反粒子偶极子均匀分布。任何一个电荷的极化能力是一定的，带电量越大，极化能力越大。而这种极化由近及远，连续不断传递。因此，在任何以带电粒子Q为球心的同心球面上的极化能力(极化强度)均相等。以带电粒子Q为球心的同心球面面积为(为同心球体半径)，任意同心球面上被极化的正反粒子偶极子为(当同样强度时，假定极化程度相同，则极化数量相同；如极化程度提高，则极化数量会降低；如极化程度降低，则极化数量提高；为计算方便，假定正反粒子偶极子极化强度均相同，采用极化数量表示极化强度，本质是相同的)，各同心球面上单位面积被极化的正反粒子偶极子数量均为。

电场本质上是正反粒子偶极子极化形成的，电场强度为正反粒子偶极子的极化强度：

                          (4.1)

式中，为电场强度；k为系数，为常数；为圆周率；N为单位电荷在同心球面上极化的正反粒子偶极子数量，为常数；Q为带电量；为同心球体半径。

正反粒子偶极子的极化强度可简化为：

                         (4.2)

式中，K为常数。

电场是由正反粒子偶极子规律极化产生的，可采用正反粒子偶极子的极化来表示电场，采用正反粒子偶极子的极化强度可表示电场强度。采用正反粒子偶极子的极化表示电场反映电场本质上是暗(实体)物质的规律变化，使暗(实体)物质与(电)场物质得到合理统一。正反粒子偶极子的极化强度计算能够准确反映电场强度。

 磁场

当空间存在直电流，将对正反粒子偶极子产生影响。为了研究方便，将正反粒子偶极子内正反粒子的运动方向分别投影到平行和垂直电流的方向。当正反粒子的运动方向垂直电流方向，将不受影响。当正反粒子的运动方向平行电流方向，电流对正反粒子的轨道有所影响。靠近电流一侧的带正电粒子的运动方向与电流一致时，远离电流一侧的带负电粒子的运动方向与电流相反，正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向靠近电流方向移动。由于靠近电流一侧的带正电粒子的受力比远离电流一侧的带负电粒子的受力大，因此将产生一定的偏转和变形；当带负电粒子运动到靠近电流一侧时，带正电粒子在远离电流的一侧运动，此时正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向远离电流方向移动，也将产生一定的偏转和变形。同样，靠近电流一侧的带正电粒子的运动方向与电流相反时，远离电流一侧的带负电粒子的运动方向与电流一致，正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向远离电流方向移动。由于靠近电流一侧的带正电粒子的受力比远离电流一侧的带负电粒子的受力大，因此产生一定的偏转和变形；当带负电粒子运动到靠近电流一侧时，带正电粒子在远离电流的一侧运动，此时正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道向靠近电流方向移动，也将产生一定的偏转和变形。

由于电流存在，使正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道发生偏转，此时，正反粒子偶极子内的正反粒子的轨道不在一个平面内运动，而是分别在两个交叉的平面内运动，场强越大，两个平面的夹角越大。如果电流是稳定的，会致使正反粒子偶极子内的正反粒子的运行平面发生偏转，形成稳定的磁场。

如图4.10所示，取一个通过电流的平面。为了研究方便，把运动分别投影到垂直平面的运动和平面内的运动。其中包括平面内的正反粒子的运动和垂直平面的正反粒子的运动。在电流的上半部分，平面内主要表现为带负电粒子的顺时针运动和带正电粒子的逆时针运动。在电流的下半部分，主要表现为带负电粒子的逆时针运动和带正电粒子的顺时针运动。而垂直于平面的正反粒子的运动并没有明显规律。由于在这个平面的正反粒子的运动由不规律变成了有规律运动，这样就形成了磁场。

 直电流的磁场形成示意图

无限长载流直导线外：

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间，在“真空”中(或无可见物质，或正反粒子偶极子密度梯度变化较小)，正反粒子偶极子均匀分布。一定的电流强度使正反粒子偶极子内的正反粒子偏转的能力是一定的，由近及远，连续不断向外传递。在以无限长载流直导线为圆心的同心圆上能够使正反粒子偶极子转动的数量均相等(当同样强度时，假定偏转程度相同，则偏转数量相同；如偏转程度提高，则偏转数量会降低；如偏转程度降低，则偏转数量提高；为计算方便，假定正反粒子偶极子的偏转强度均相同，采用偏转数量表示偏转强度，本质是相同的)。同心圆的周长为(为同心圆半径)，各同心圆上转动的正反粒子偶极子数量均为，同心圆上单位长度转动的正反粒子偶极子数量为。

磁场本质上是正反粒子偶极子规律转动形成的，无限长载流直导线外磁场强度为正反粒子偶极子偏转强度：

                    (4.3)

式中，为磁场强度；k为系数，为常数；N为单位电流在同心圆上转动正反粒子偶极子的数量，为常数；为圆周率；为电流强度；为同心圆半径。

无限长载流直导线外正反粒子偶极子的偏转强度可简化为：

                    (4.4)

环形电流的磁场形成示意图

同理，在环形电流的内部，平面内主要表现为带负电粒子的逆时针运动和带正电粒子的顺时针运动。在环形电流的外部，主要表现为带负电粒子的顺时针运动和带正电粒子的逆时针运动(见图4.11)。而垂直于平面的正反粒子的运动并没有明显规律。由于在这个平面的正反粒子的运动由不规律变成了有规律运动，这样就形成了磁场。

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间，在“真空”中(或无可见物质，或正反粒子偶极子密度梯度变化较小)，正反粒子偶极子均匀分布。一定的电流强度使正反粒子偶极子定向转动的能力是一定的，由近及远，连续不断向外传递。在环形电流周围(当同样强度时，假定偏转程度相同，则偏转数量相同；如偏转程度提高，则偏转数量会降低；如偏转程度降低，则偏转数量提高；为计算方便，假定正反粒子偶极子的偏转强度均相同，采用偏转数量表示偏转强度，本质是相同的)，磁场强度为环形电流的磁场强度叠加。以各微小段为中心的同心圆的周长为(为同心圆半径)，各同心圆上转动的正反粒子偶极子数量均为。在圆环的圆心处，与各小段均垂直，因此环形电流平面中心处转动的正反粒子偶极子数量为。

磁场本质上是正反粒子偶极子规律转动形成的，环形电流平面中心处磁场强度为正反粒子偶极子偏转强度：

                    (4.5)

式中，为磁场强度；k为系数，为常数；N为单位电流在同心圆上转动正反粒子偶极子的数量，为常数；为电流强度；为同心圆半径。

环形电流圆心点的正反粒子偶极子的偏转强度可简化为：

                     (4.6)

磁场是正反粒子偶极子内的正反粒子的运动平面发生规律偏转产生的，可采用正反粒子偶极子的偏转来表示磁场，采用正反粒子偶极子的偏转率表示磁场强度。采用正反粒子偶极子的偏转表示磁场反映磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化，使暗(实体)物质与(磁)场物质得到合理统一。正反粒子偶极子偏转强度计算能够准确反映磁场强度。

 电磁场

 电磁波的形成示意图

当正反粒子偶极子受到电磁波源的影响，由于获得大量的能量，正反粒子的运动产生震荡，正反粒子偶极子就形成了一对振荡正反粒子偶极子(见图4.12)。振荡正反粒子偶极子对周围的正反粒子偶极子产生作用，使其成为振荡正反粒子偶极子。因此相邻的正反粒子偶极子的电偶极矩取向与该正反粒子偶极子的电偶极矩变化相协调，这样形成电磁波不断传递能量。

现有理论为：LC电路能产生振荡电流，正负电荷不断在天线两端间振荡，因此它实际上就是一个振荡电偶极子。振荡电偶极子不断发射出电磁波。

麦克斯韦方程组，是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律和描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。

麦克斯韦方程组的四个方程共同组成：

高斯定律：该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。电场线开始于正电荷，终止于负电荷。计算穿过某给定闭曲面的电场线数量，即其电通量，可以得知包含在这闭曲面内的总电荷。

高斯磁定律：磁单极子实际上并不存在。所以，没有孤立磁荷，磁场线没有初始点，也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。

法拉第感应定律：该定律描述时变磁场怎样感应出电场。一块旋转的条形磁铁会产生时变磁场，这又接下来会生成电场，使得邻近的闭合电路因而感应出电流。

麦克斯韦-安培定律：该定律阐明，磁场可以用两种方法生成：一种是靠传导电流，另一种是靠时变电场，或称位移电流。

在电磁学里，麦克斯韦修正项意味着时变电场可以生成磁场，而由于法拉第感应定律，时变磁场又可以生成电场。这样，两个方程在理论上允许自我维持的电磁波传播于空间。

麦克斯韦方程组有两种表达方式。

1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场中电场、磁场的性质以及变化的电场、磁场间联系的数学模型。表达式为：

                                   (4.7)

                                       (4.8)

                                (4.9)

                            (4.10)

式中，H为磁场强度；为电流面密度；E为电场强度；B为磁感应强度；D为电位移矢量；S为闭合曲面；为电荷体密度。

式(4.7)是高斯定律的表达式，说明在时变的条件下，从任意一个闭合曲面出来的D的净通量，应等于该闭曲面所包围的体积内全部自由电荷之总和。

式(4.8)表示磁通连续性原理，说明对于任意一个闭合曲面，有多少磁通进入曲面就有同样数量的磁通离开。即B线是既无始端又无终端的；同时也说明并不存在与电荷相对应的磁荷。

式(4.9)是法拉第电磁感应定律的表达式，它说明电场强度E沿任意闭合曲线的线积分等于穿过由该曲线所限定面积的磁通对时间的变化率的负值。这里提到的闭合曲线，并不一定要由导体构成，它可以是介质回路，甚至只是任意一个闭合轮廓。

式(4.10)是由安培环路定律推广而得的全电流定律，其含义是：磁场强度H沿任意闭合曲线的线积分，等于穿过此曲线限定面积的全电流。等号右边第一项是传导电流．第二项是位移电流。

2. 微分形式的麦克斯韦方程组。

                                      (4.11)

                                       (4.12)

                                    (4.13)

                                   (4.14)

式中，为梯度算子。

式(4.11)是静电场高斯定律的推广，即在时变条件下，电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。

式(4.12)是磁通连续性原理的微分形式，说明磁通密度B的散度恒等于零，即B线是无始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。

式(4.13)是法拉第电磁感应定律的微分形式，说明电场强度E的旋度等于该点磁通密度B的时间变化率的负值，即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。

式(4.14)是全电流定律的微分形式，它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度，即磁场的涡旋源是全电流密度，位移电流与传导电流一样都能产生磁场。

麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为：

①电与磁相互作用都是通过它们之间的中间区域传递的，不论中间区域是真空还是实体物质。

②电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中，其大部分分布在周围的电磁场中。

③导体构成的电路若有中断处，电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。

④磁通量既无始点又无终点，穿过任意形状的闭合曲面的磁通量皆为零，即不存在磁单极（单独的N极或S极）。

⑤光波是一种电磁波。

1868年麦克斯韦从理论预言了电磁波的存在，1888年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验，实现了电磁波的发射和接受，证实了电磁波的存在。

赫兹实验：将两段铜杆沿同一直线架设，在其相临的两端端点上均焊有一个光滑的铜球。两球间留有小的空隙(约0.1mm)，两铜杆分别用导线联接到高压感应圈的两极上。感应圈周期地在两铜球之间产生很高的电势差，当铜球间隙的空气被击穿时，电流往复振荡通过间隙产生电火花，这种赫兹振子就相当于一个振荡电偶极子。由于电路的的电容和自感均很小，因而振荡频率可高达108Hz，从而强烈地发射出电磁波。由于铜杆有电阻且在空气中产生电火花，因而其上的振荡电流是衰减的，发出的电磁波也是减幅的。但感应圈不断地使空隙充电，振荡电偶极子就间隙地发射出减幅振荡电磁波。

图4.13 电磁波传播机制

图4.13为震荡电偶极子的电磁波传播机制，而电偶极子本质上是正反粒子偶极子，计算方法也完全一致。电磁波是由正反粒子偶极子振荡产生的，可采用正反粒子偶极子的振荡频率表示电磁波，采用正反粒子偶极子的振荡率表示电磁波强度，采用正反粒子偶极子的振荡频率区分电磁波的种类。采用正反粒子偶极子的振荡表示电磁波反映电磁场本质上是暗(实体)物质的规律变化，使暗(实体)物质与(电磁)场物质得到合理统一。

4.3.4 引力场

由于星体与正反粒子偶极子的相互作用，而使正反粒子偶极子的密度提高，星体的质量越大，正反粒子偶极子的密度提高越多，星体的质量越小，正反粒子偶极子的密度提高越少；离星体近的空间正反粒子偶极子密度大，离星体远的空间正反粒子偶极子密度小。同样，物体或星体的质量越大，正反粒子偶极子的密度提高越多，物体或星体的质量越小，正反粒子偶极子的密度提高越少。由于物质对正反粒子偶极子的吸引作用，使正反粒子偶极子的密度变化，这样就形成了引力场。

正反粒子偶极子遍布整个宇宙空间，在“真空”中(或无可见物质，或正反粒子偶极子密度梯度变化较小)，正反粒子偶极子均匀分布。一定质量M的物质吸引正反粒子偶极子的能力是一定的，正反粒子偶极子间距缩小，间距小于平衡位置，正反粒子偶极子间的吸引力和推斥力均提高，而推斥力提高较快，质量M的物质的吸引力平衡掉推斥力与吸引力增量差值，形成一个新的平衡。这种吸引力是一种弹性力，由近及远，连续不断传递。在任何质量M的质心为球心的同心球面上的吸引力综合均相等，同心球面面积为(为同心球体半径)，各同心球面上吸引的正反粒子偶极子的数量均为(当引力强度相同是，如间距缩小的程度相同，则吸引的正反粒子偶极子数量相同；如间距缩小程度提高，则吸引的正反粒子偶极子数量会降低，如间距缩小程度降低，则吸引的正反粒子偶极子数量提高；这里只采用吸引的正反粒子偶极子数量表示吸引强度，本质是相同的)，各同心球面上单位面积上吸引的正反粒子偶极子为。

引力场本质上是正反粒子偶极子密度变化形成的，万有引力为正反粒子偶极子吸引强度：

                          (4.15)

式中，为引力场强度；k为系数，为常数；N为单位质量在同心球面上吸引的正反粒子偶极子数量，为常数；为圆周率；M为物质质量；为同心球体半径。

正反粒子偶极子吸引强度可简化为：

                            (4.16)

引力场是由正反粒子偶极子密度梯度变化产生的，吸引力始终指向正反粒子偶极子密度增加最大的方向。只要有可见物质，正反粒子偶极子的密度均会提高，因此宏观物质只表现为引力，而不表现为斥力。可采用正反粒子偶极子的密度变化率表示引力场强度，这反映引力场本质上是暗(实体)物质的规律变化，使暗(实体)物质与(引力)场物质合理统一。正反粒子偶极子吸引强度计算能准确反映引力场强度。

总之，采用正反粒子偶极子模型可以很好地解释电场、磁场、电磁波和引力场，实现了场论的统一。暗物质正反粒子偶极子理论建立在暗物质极化、定向偏转、震荡感应和密度变化的基础上，放弃了物质引起时空变形的弯曲时空理论。通过进一步的正反粒子偶极子模型研究，可以逐渐取代场论的概念，使场具有实体物质的物理含义。

实际上，在量子场论中的正反粒子偶极子是场的基态，而采用不同方法分解出的正反粒子对是场的激发态。