電場和磁場是客觀存在的物質,它們跟由分子、原子組成的物質不同,但它們j是客觀存在的一種特殊物質形態,看不見摸不著。電場的基本性質是它對放入其中的電荷有電場力的作用;而磁場的基本性質是它對放入其中的磁極或電流有磁場力的作用。所以我們可以通過它們的性質來感知它們的存在!
電是物質的一種運動形式,從二十世紀初以來的物理學的發展,完全證明了這一點。
電的物質基礎是荷電的基本粒子——電子、正電子、質子、反質子等;帶電質點的周圍,則必有電磁場,它可以脫離帶電質點和電流獨立存在。麥克斯韋直接得出了電磁波的存在,表明了電磁場是以波動的形式傳播,從而把光與電磁現象統一起來。后來,赫茲用實驗證實了電磁波的存在,并驗證光波與電磁波有相同的性質。這個理論說明,電磁場本身就是以光子為形態而組成的。它就是一種客觀存在的物質。所以,它不需其它物質來傳遞。
電磁場本身是一種物質存在的形式,它有以下幾個方面的性質:
一、 電磁場具有宏觀物體的基本特征。
首先,電磁場是以空間和時間為其存在的基本形式。場存在于一定的空間中,同時,電磁場以光速傳播,沒有什么瞬時作用,這表明電磁場和空間、時間是不可分地,緊密地聯系在一起。
其次,電磁場也有質量、動量、能量等等。列別捷夫用實驗證明了光壓力的存在。在天文現象中,慧星尾的形成就是太陽光的這種場的“光壓”作用壓迫慧星塵埃物質形成的,這表明電磁場具有確定的機械動量。因為根據牛頓第二定律,作用在物體上的力,等于物體在單位時間內獲得的動量,由此可推知,電磁波必然有機械動量。由于動量等于質量和速度的乘積,所以,由電磁場具有動量和有限的速度,可知電磁場具有一定的質量。又根據質能公式,可知道電磁場的能量等于電磁場的質量與光速的乘積。
我們知道,質量和能量都是物質的重要屬性,其中,質量是表明物質的引力和慣性的屬性;能量是物質運動的量度。而實際上,電磁場本身就是由大量的光子組成的。光子本身和實物粒子一樣,具有能量、動量和能量,因此,在電磁場內進行的一切過程,也和實物粒子進行的一切過程一樣,遵循質量守恒、動量守恒和能量守恒等物質運動的基本規律。
二、 電磁場和實體物質可以互相轉化
在通常的情況下,人們把電子看成是實物粒子,把光子則看作是場量子,但是,在一定的情況下,電子和正電子可以發生“湮滅”而轉化為一對光子,電子和正電子的動量、質量和能量也轉化為光子的動量、質量和能量。這就表明,實物可以轉化為場。在一定的條件下,具有一定能量的光子也可以轉化為一對電子與正電子偶。當電磁波射到實物時就部分的被實物吸收,相應部分的動量、質量和能量也就傳給了實物,使實物粒子加大運動,實物的溫度升高,場轉化為實物,這表明,場又可以轉化為實體物質。
上述說明,電磁場和其它物質形態是物質存在的兩種形態,它們既有區別,又有同一性,場和實物之間的絕對界限是不存在的,它們只有相對意義。
三、 電磁場與實物不同的特殊性
電磁場是由光子組成的,所以它具有波動性和粒子性;電磁場在真空中的傳播是不變的,它等于3×108m/s,與觀察者的運動與否無關;電磁場不具有固定的體積,不存在不可入性;對于電磁場也不存在所謂的加速運動的問題;幾個電磁場可以同時占有同一空間,具有疊加性;組成電磁場的光子又不具有靜止質量。這表明電磁場具有與實物的不同,是一種特殊物質的形態。
既然電磁場是一種特殊形式存在物質,那么,必然得出靜電場和靜磁場也是物質性的。實際上,靜電場和靜磁場是電磁場的兩種特殊的形式。
運動是物質存在的方式。運動是絕對的,而靜止是相對的。在所研究的參照系中,如果電荷的運動速度是零,則就顯示出靜電場的特征;如果電荷作恒定的勻速運動,則就顯示出靜磁場的特征;如果電荷運動是變速的,就發出電磁波,就顯示出電磁場的特征,由此可見,靜電場和靜磁場都是電磁場的特殊形式。
電磁場的電場和磁場是并不是互相獨立的兩個矢量,在不同的運動狀態下,電場公量和磁場分量都是不同的。
不管電磁場與我們通常看得見,摸得著的實物之間有多大的差異,它也是一種物質形態。以一種特殊的物質形態存在。它具有實物的一般性質的同時,也具有其特殊的性質。這對我們認識電磁場是有益的。