空间量子化与磁性的起源与特征

空间量子化与磁性的起源与特征

――空间量子化系列论文之七

摘要：奥斯特（，安培（，揭示了电流磁作用的基本规律。在解释磁性起源时，安培提出了分子环流的假说。这一光辉思想经受了时间的考验，我们对磁性起源的分析正是从分子环流开始的。所不同的是，我们要在量子空间的背景上，揭示磁作用的空间特征，揭示安培定律、洛伦兹（

关键词：空子、量子空间、涡旋场、旋张场、旋缩场、磁性的起源、磁偶极子、磁单极子、电荷的相对性。

一．磁性的起源

让我们回到玻尔氢原子模型上来。在分析电性起源时，指出电中性氢原子电

子自旋角动量θP ϖ同核自旋角动量θL ϖ反向。由电子轨道运动产生磁矩l μϖ，且l μϖ

与

轨道角动量l P ϖ

反向这一特征知，电子轨道运动对轨道轴线两端量子空间作用效果

不同。而l μϖ

总与l P ϖ反向的原因，与电子自旋截面与轨道截面的夹角有关。

如果因为某种原因（如原子处于外磁场中），电子自旋角动量θP ϖ

向运动后方偏转，自旋与轨道运动构成左手螺旋系时，中性原子则转化为磁偶极子。磁偶极

子N 极的方向同l P ϖ

反向。

说磁偶极子荷有磁荷是指轨道内侧空子受运动电子定向自旋的作用，在与轨道平面正交的方

向上（即l P ϖ

的反方向）形变、位移的效应。电子自旋与轨道运动成左手螺旋系偏转后，在轨道内外两侧，电子自旋切向作用处处与轨道平面正交，轨道内侧空子

受与l P ϖ

反向的旋切作用，球体状

的空子沿l P ϖ

反向被旋切作用拉

长，呈扁平状，当轨道内侧空子呈现出这种形变特征时，我们说原子则荷有磁荷。

尽管l P ϖ与核自旋角动量θL ϖ可能有同向、反向两种基本取向，因l μϖ

总与l P ϖ反向，这一基本事实表明电子自旋偏转总同轨道运动成左手螺旋系。图（7－1）为l P ϖ与θL ϖ反向时原子磁性示意图。电子旋张场的涡旋方向在轨道内侧沿θL ϖ

方向，

在轨道外侧沿l P ϖ

方向。电子瞬间绕核一周、轨道两侧量子空间均受这种反向的作

用。在轨道内侧空量子沿θL ϖ方向位移、形变，沿θL ϖ

方向被拉长，呈扁平状。在

图（7－1）磁性起源示意图

轨道外侧空量子沿l P ϖ

方向位移、形变，呈扁平弦状，如图中虚实小圆所示。这就

改变了中性原子内量子空间的特征，使中性原子转化为磁偶极子，其N 极的方

向为轨道内侧空子位移、形变的方向，同l P ϖ反向。在轨道外侧，磁偶极子磁性的方向同内侧反向，其平均强度远小于内侧，故磁偶极子磁荷量主值为轨道内侧的磁荷量。

磁偶极子的磁荷量（轨道磁矩l μϖ

）刻画轨道内侧空子沿l P ϖ相反方向形变、

位移的强度。因电子旋张场并不随电子离开轨道上某一确定点而随之同时消失，同粒子引力场的叠加相仿，运动电子的涡旋场在轨道上处于叠加状态。该叠加状态的强弱同电子轨道运动的速率u 成正比。

另一方面，运动电子旋张场沿轨道切线传播，对于圆周运动的电子，在自身旋张场中运行的路程，或者说旋张场叠加的强度又同轨道的曲率半径

r 相关，轨道半径愈大，叠加愈

强，如图（7－2）所示。

因u 与r 为独立的因素，则运动电子旋张场叠加强度同

eur 的积成正比。考虑到电子旋

张场于轨道内外两侧作用相

等，若以磁矩l μ表示轨道内侧受电子旋张场作用的强度，选择比例常数k ，则

kiA

kevA r kev v

ker ker keur l ===⋅===22

222

22ππωμ （7－1） 式中A 为电子轨道面积，当我们以iA 规定为磁壳的磁矩时，取式中的k 为1，于是可得

A i l ϖ

ϖ

=μ （7－2）

磁偶极子由与轨道运动成左手螺旋系偏转的电子旋张场所激发，邻域空子的形变特征为，沿轨道轴线方向伸长，中心向N 极方向偏移，沿轨道截面，空间向轨道中心收缩，有沿轨道截面向外围空间回复性扩张的趋势。

图（7－2）磁矩μϖ

示意图

二．宏观磁体的磁作用

宏观磁体由原子磁偶极子构成，在宏观磁体中金属原子的外围电子自旋与轨道运动成左手螺旋系时，原子实同外围电子就如图（7－1）所示的氢原子那样，转化为磁偶极子。在宏观磁体中，磁偶极子取向同一，呈现出有规则的排列。而宏观磁体的磁场乃全体磁偶

极子磁场的矢量合，如图（7－3）所示。

由磁偶极子磁场的特征知，宏观磁体磁场的方向为由N 极穿出，由S 极穿入，环磁体呈闭合状。宏观磁体邻域空间呈现出沿轴线正交截面向轴线收缩，且由S 极向N 极伸张的形变特征。

若两磁体的N 极靠近，磁作用如图（7－4-a ）所示。若空间仅磁体1M 存在时，N 极邻域空子的形变、位移如图中虚线形空子所示。当2M 的N 极靠近时，在空子1P 处，电子旋切作用反向抵消，空子向球体回复，空间沿轴线正交截面向外围扩张。在空子

2P 、3P 处，1M 、2M 磁场合矢亦

使空子沿磁场轴线正交截面向外

围扩张。两N 极间局部空间沿轴线正交截面向外围的扩张，则受到量子空间弹性回复作用的反抗，该弹性回复作用自两磁体轴线正交截面，由外围指向轴线，并通过空子层施于两磁体上，使2M 受到1M 的排斥作用。对于2M ，反之亦然。

若两磁体的N 、S 极靠近，邻域量子空间特征如图（7-4-b ）所示。空子1P 处，两磁场作用的方向相同，1P 沿磁场轴线方向愈被拉长，邻域空间向轴线收缩形变增强，中心愈沿合矢方向位移。在2P 、3P 处，空子沿合矢

图（7－3） 宏观磁场量子空间示意图

图（7－4a ） 同性磁体作用示意图