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电荷的运动规律可确定电磁场的运动规律 陈强顺 |
| 个人简介：男，1937年12月生于印度尼西亚苏腊巴亚，福建仙游人。教授，中共党员。1961年7月毕业于同济大学数学、物理、力学系。因善于自学勤于钻研适应性快，多次服从调动，先后在物理教研室和理论物理教研室任职，并曾多年任职于地球物理勘探教研室，参加了我国东海域大陆架的物理勘探。任职期间，严谨治学，善于迅速适应多变的任务，胜任多门课程的教学重任，承担过普通物理、理论力学、电动力学、数学物理方法、地质力学、地应力地应变弹性理论基础本科生和研究生的授课任务，并开过拉格朗日动力学及其在微振动体系中的应用选修课。教学上曾获得“培养学生智能”校级优秀教育奖。完成教学重任的同时，坚持科学研究不间断，在微分流形和微分形式的应用方面、分析力学工程力学方面、电网络场论方面等共发表30余篇论文，其中有数篇分别被中、日、英、美的检索机构所检索。为利用深层岩石粒度分布率与成矿性质、成矿物质的关系，曾担任研制“岩石薄片粒度分布分析仪”课题组长，运用电子线路和显微观测系统，成功地如期完成该项目的研究和制作，并获奖。在其科研生涯中，曾因探索应用现代数学的几何方法，成功地解决了电磁场运动规律本原问题的探讨而得到中外科技界的认可和肯定。应邀对一些高校研究生作讲学，并许多次出席有关学术会交流。正式出版了编著的代表作《分析力学导论》（同济大学出版社，1997年4月），两人合译《矢量分析和张量分析》（同济大学出版社，1989年4月），多人参译《电磁相互作用》（高等教育出版社，1988年7月）。被上海市地球物理学会授予“光荣从事地球物理专业工作三十年以上荣誉证书”，荣获上海市教育委员会及上海市归国华侨联合会等四个单位举办的“一九九六年上海市侨界教师烛光奖”。在有关的全国学术会上被推选为全国数学、力学、物理学、高新技术交叉学科学技术研究会常务理事。作品和传略被载入《世界名人录》（中国卷）、《中国专家大辞典》、《科学中国人·中国专家人才库》、《二十一世纪人才库》、《中华精英大全》；并分别应IBC英国剑桥国际检索中心和ABI美国检索机构来函索取人物传记予刊登。 摘要：本文运用向量场微分形式的缩并（内积）和外微分运算，并依照Poincare逆定理，即运用现代数学的几何方法论证了电荷的运动规律可确定电磁场的运动规律。 关键词：微分形式 外微分 缩并（内积） Poincare逆定理 一、 从逻辑认识上引出的简单推理 通过生产实践活动、科学实验及借助科技水平的不断提高，人们深化了对物质运动规律的认识，改造了自然界。随着社会生产力和科学技术水平的发展，人类对自然界和物质运动规律的认识不断深化，当然人们难以超越客观条件去追寻新一层次的认识。例如，当开普勒相继于1609年发现并建立行星运动第一、第二定律，1619年发现并建立行星运动第三定律之后，有人追问为什么太阳系运动着的行星要受开普勒三运动定律的支配？可是，一筹莫展，没能取得答案。直至1683年牛顿发现并建立了万有引力定律之后，人们才发现正是由于太阳与行星之间存在着引力作用，才导致太阳系的行星遵循着开普勒三运动定律而运动着。不我，人们又从数学上论证了由万有引力定律可导出行星三运动定律；反之行星三运动定律可归结为万有引力定律。 在牛顿力学中物体间的相互作用是以力的形式描述的，这种描述方式称为力的表象。分析力学中，则建立了拉格朗日——哈密顿形式的基于能量、动量描述物体间的相互作用的方式，称为能量表象。人们也在追问经典力学中为什么存在着诸守恒定律？可是，在力的表象框架下，没能取得解答。直至经典力学由力的表象发展到能量表象的阶段，在能量表象框架下，才发现机械能守恒定律可由惯性系的时间均匀性导出；线动量守恒定律可由惯性系的空间均匀性导出；角动量守恒定律可由惯性系的空间各向同性导出。一句话，经典力学中的三个著名守恒定律直接源于时空的特性。如今，这已成为当今科技工作者必备的基础知识。上述两个例子，说的就是所谓的物理规律的本原问题。 自然，从逻辑认识上我们应可引出一个简单推理，电磁场的运动规律也存在本原问题的探讨。电磁场运动的根本规律遵循麦克斯韦电磁场方程组，这方程组的建立源于对物质电、磁现象的物理实验事实的观测和归纳，加上麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流的假设，终将电场和磁场成功地统一为电磁场。在统一的电磁理论中，麦克斯韦电磁场方程组概括和表述了电磁场的运动规律。人们同样也在思索着，为什么会有麦克斯韦方程组？ 众所周知，数学按门类可分为三门：几何学、代数学、分析学。因当今数学的长足进展，人们已将这三门学科以流形为基石统一成为现代数学。摸索的结果证实了依靠通常的分析学方法，即运用微积分学和矢量分析场论方法不能解决问题；只有依靠统一的现代数学的几何方法，即运用微分波形和微分形式这一数学理论方可解答电磁场运动规律的本原问题。以往笔者曾论证过电荷守恒定律可确定麦克斯韦方程组的数学形式。虽已发表，但观点较含糊，论题和结论过份含蓄。希望通过本文力求清晰鲜明、坚实透彻、精细深刻地解答和论证这一本原问题。 二、麦克斯韦电磁场方程组的缩写式 电流向量场 三、将向量场与微分形式的缩并运算引进Minkowski时空坐标系的讨论 为了在Minkowski时空坐标系中建立有关的微分形式的基和相应的关系式，以便为本文的数学论证打好基础，试将向量场与微分形式的缩并（内积）运算及外微分运算引入我们的讨论之中。 |