??1. 电与磁的本质是啥？

或许许多人，小时分对吸铁石极猎奇，这东西咋就能招引东西么？而且也没有啥触摸，就硬生生的把铁块能招引过来。

上了大学，咱们晓得，物体运动状况改动，必定是遭到了力的作用，所以，咱们晓得，必定是磁铁对铁块施加了力的作用。但仍是不理解为啥没有触摸就能有力的作用。

上了大学，物理教师告诉咱们，实践上磁铁周围有磁场，而铁块在磁场中遭到力的作用，所以才干招引过来。但咱们仍是不理解磁场究竟是个啥？

上了大学，咱们晓得，本质上，电场和磁场都是一个被称为电磁场的东西，电场可以转化成磁场，磁场也可以转化成电场。但咱们仍是不晓得电磁场究竟是啥东西？电磁场是怎么来的。

上了研讨生，学了量子场论，电磁场本身是标准场，当咱们对一个费米子场（比方电子）做一个局域的u(1)标准改换的时分，就发现假定体系要满足标准不变性的话，就必需要耦合电磁场，这也就是带电粒子间经过电磁场来完成彼此作用的。可是这仍是不可的，因为还存在其他的彼此作用（标准场）可以和物质耦合，那么电磁场和其他的场有啥联络呢？这个实践上就是共同场论的内容了。

共同场论的中心就是我们想用一个共同的场，来描绘天然界一切的彼此作用，然后呢，在低能（咱们看到的世界）的情况下，电磁彼此作用和其他的彼此作用别离出来。

当然，咱们也还可以持续问下去，为啥天然界是这样的，大约这也是物理学行进的一个动力呢~

2. 电与磁如何完成转化？

不知是不是想过这样一个疑问：咱们说运动的电荷会发生磁场，但运动不是相对的吗？假定我与运动的电荷以相同的速度运动的话，那么在我看来，该电荷发生的磁场是不是存在？如何说明/和谐这个疑问的敌对？

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实际上，磁场与电场的确是同一种场！尽管在电磁学中，咱们常常会将电和磁分隔谈论，初度传闻这个结论的人可以会有些不习气。

如何证明电场和磁场是同一种场呢？

如图。

a 图是导线外面有一个运动的负电荷。因为导线内的电流发生环形磁场，环形磁场作用到外边的运动电荷上使运动电荷偏转。

但看 b 图。假定咱们站在一个沿负电荷一同运动的参阅系上去看。这个负电荷就是中止的了。中止的电荷无法遭到磁场的洛伦兹力。那么要如何说明粒子的偏转呢？

答案是，当咱们从一个参阅系换到另一个参阅系时，根据狭义相对论，相对运动方向的长度会缩短

因为导线中传导电流的电子与构成晶格的金属原子相对参阅系的相对速度不一样。使得它们的尺缩效应也不一样。所以它们别离尺缩之后导线的正负电荷就不能刚好抵消了。这样在b图的参阅系下，导线上带有一个因为相对论效应发生的等效电场。核算可以发现这个电场对外边电荷的作用力与a图的洛伦兹力千篇一律。

此即电场和磁场的相对性。磁场就是电场的相对论批改！！！

3. 电与磁又为啥会彼此作用？

咱们晓得，天然界的物质形状有许多种。比方说什物、场、暗物质、暗能量等。后两者占有了整个世界的约 96%。咱们往常所说到的物质，严肃地讲大约叫什物――即由原子/分子构成的物质。场是传递什物之间彼此作用的物质，例如电磁场。之所以可以将它们总称为物质，是因为它们之间都可以传递（交流）能量和动量。

咱们晓得，天然界有四种根柢彼此作用――（引力）、电磁力、强力、弱力。每一种根柢彼此作用都是经过传递彼此作用的前言――场，或许经过交流场的量子完成的。

电力与磁力本质上就是电场与磁场对带电物质与磁性物质的彼此作用。

另外向介绍几个根柢彼此作用和量子力学相联系的衍生理论：

量子电动力学：量子力学+电磁彼此作用

量子色动力学：量子力学+强彼此作用

量子弱电理论：量子力学+弱彼此作用

上述三种力理论上现已共同起来了，只差引力。

量子引力并没有前面三种理论那么老到，而且引力子至今也没有被实验观测到。当前描绘引力最可靠的理论就是爱因斯坦的广义相对论。

理论上，只需将场量子化，并与量子力学联系，就可以规划出描绘某种根柢彼此作用的量子理论――量子××力学。

有关电磁表象的量子说明，这儿扼要地阐明一下

传递电磁彼此作用的不是一般的光子，是虚光子（virtual photon）。

有啥差异呢？光子是实真实在的，可以进入你的双眼被你看见。而虚粒子是在不断定度原理内随意发生湮灭的，不能直接勘探到。

带电荷的粒子不断发射或吸收虚光子（多么鬼畜的世界观 …），因为光子没有静质量，所以电磁彼此作用的力程无限远。

若某电荷源 q 遭到某电荷 q 的影响，跟它交流了虚光子~

虚光子在不断定度原理内发生

其间，δt 是发生这件事的时刻标准，δr是发生这件事的空间隔离。

那么

小 q 感遭到交流 n 个动量为 δp 的虚光子带来的力

由此，可得交流的虚粒子的粒子数

结论：发射/吸收虚光子的数目正比于电荷量的乘积。

不过这儿要留心一点：只是一有些虚光子在传递静电和静磁彼此作用。

光子自旋为 1 ，所以有 2×1+1=3 个自旋分量，但因为光速运动，所以一个分量和运动方向绑定。剩下的两个分量就是咱们一般所说的光子偏振（polarization）。

这个跟运动方向绑定的自旋分量，和光子的时刻分量（根据洛伦兹捆绑条件，光子的总安适度从 4 减为 3 ，所以时刻分量也跟这个自旋分量绑定）在两个电荷传递一个光子的费曼图里一同积分的成果（学名叫传达子，propagator），就是 1/r 方法的势能。这个 1/r 方法的势能就是库伦势，即咱们一般说的静电彼此作用（求下旋度静磁场也出来了）。而且这个分量不会发生实光子，所以你只能观测到力的作用而无法观测单光子。

另外两个自旋分量，即偏振的光子，给出的是电磁辐射。该光子可实可虚（看不一样的散射进程），所以咱们观测到的光只是来自于这两个偏振的光子。????