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摘 要：麦克斯韦是电磁波理论的奠基者，“光是电磁波”结论的提出者，本文首先从史学角度探讨了麦克斯韦“光是电磁波”结论的推理过程及其可能存在的不合理因素，并按照麦克斯韦推理思路延续推理得出，光与麦克斯韦电磁波概念应存在本质区别，光应是一种粒子流，光子有自旋和自旋磁性，光的波现象应是由“光子洛伦兹运动”产生的。
关键词：光，磁极，电磁波，LC振荡，洛伦兹运动，库伦电磁荷定律
中图分类号： 0441 文献标识码：A
0、 引言
麦克斯韦
麦克斯韦从电磁感应与LC振荡现象中得到启发，通过引入位移电流，建立了他的“交变电磁场理论”，即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，这本是经典电磁学普通的电磁感应现象，但他将这种现象推广到“感应传递”中去后，指出：开放的LC振荡电路会反射一种叫“电磁波”的东西，可以传递LC振荡电路所发射的能量，这就是他赫赫有名的“电磁波理论”；同时，他还首先宣布：“光也是一种电磁波”。
LC振荡
我们先不说开放LC振荡电路发出的所谓“电磁波”到底是个什么东西，我们单考察一下麦克斯韦给出“光也是一种电磁波”结论的理论依据是什么?——了解这一推导过程，将有助于我们更好地认识LC振荡产生的电磁波与光之间到底有什么本质区别和连续。
开放的LC振荡
1、麦克斯韦是得出“光是电磁波”结论的过程
从一些文献及教科书介绍中获悉，麦克斯韦给出“光也是一种电磁波”的理论推理依据是：
麦克斯韦与他的方程组
麦克斯韦按照他的电磁波理论方程组描述，他认为：电与磁应该是统一的；根据这一想法，他假设：如果电和磁是相互联系的，从库伦电荷力公式与磁荷（指偶极磁子的磁极）力公式上来看，则从属于电现象的常数ke 与磁常数km之间就应该存在某种关系，常数ke已经由“库伦实验”通过测量二个电荷之间的力F= ke.q.Q /r² 中得到确定，其测定结果是： ke=9.00×10^9N·m²/C²；如果再通过“某种实验”能够对库伦磁荷公式力公F=ke.pm1.pm2/r² 中的km给予确定，那么不就可以找出电与磁之间的联系了吗？
磁子
但关键问题在于：库伦磁荷定量中的磁极是磁铁，而磁铁的磁极按“安培环流说”应该是由运动电荷以某种变化方式形成的，故此，我们不可能简单的采用一个“标准磁极”，像“标准质量”一样，锁在巴黎的拱顶地下室，然后把一切其他的磁极同它相比较，即我们没有办法确定磁极的标准衡量尺度。
奥斯特实验
然而，“奥斯特实验”给了我们启示：对于磁铁，我们得知由磁场施加在磁极上的力是F=pm.B；对于运动电荷，由磁场所施加的力是F=q.v.B；由于电荷与磁铁之间关系的奇怪矢量特性，情况变得复杂了。不过，有一件事是清楚的：磁极具有电荷乘以速度的单位，即pm=q.v 如果v垂直于B力就是F=q.v.B；而在磁极上的力是F=pm.B，因此，我们可以规定一个磁极为电荷乘以速率，即：pm=qv，1磁极=1C.m/s.
磁体磁极力测试实验
如果测定二个单磁极之间的力，就能确定常数km；而实践中并没有这样做，我们是通过测量二根通电导线之间的力以确定km常数，其结果是km=1.00×10^-7 N·m²/(磁极)² =1.00×10^-7N·s²/C².
考虑二个常数ke 与km之间的单位,我们可以看出:km→N·m²/C², ke→N·s²/C²,由此可得出：ke/km = m²/s².换句话说，ke 、km比值是速率的二次方，代入ke 、km常数值得到：速率c=√ke/km=√=9.00×10^9N·m²/C²/1.00×10^-7N·s²/ C²=3×10^8 m/s.
光速
于是，麦克斯韦意识到“光的速率埋藏在电荷与磁铁之间的力中”，他由此推断：电扰动引起磁扰动，磁扰动又反过来引起电扰动，并且这种“交变扰动”可以以光速传播；
波动论下的三棱镜折射
同时，他指出，可见光也是一种电磁波，而且只是电磁波中的很小部分，并且所有电磁波全都以相同的速率c=3×10^8 m/s传播。[1]
电磁波谱
2、麦克斯韦得出“光也是一种电磁波”结论的“二个隐形假设”
通过上面引述可以看出，麦克斯韦在确定km值时存在二个隐形假设，即：
（1）、Fe=Fm，这说明他的“光也是一种电磁波”的推断是建立在库伦电荷力与磁荷力是同一种力基础之上的，即他首先将电、磁力作了“统一”假定。
（2）、pm=q.v，这说明磁极是电荷运动产生的，即静止电荷并不产生磁极；静态电荷之间的力来自于电场，运动电荷之间的力来自于磁场。
F=qm.H，是磁荷在线性磁场强度H下所受的磁场力（称磁荷力），且H=km.qm./z²；F=q.v.B,是电荷在垂直于v方向产生曲线运动时所受的力（称洛伦兹力，且B=Φm/S；因此说，H与B物理含义是有差异的。
电子洛伦兹运动
麦克斯韦用F=qmB=qvB来推理光速为c是将二种不同物理含义的磁场强度认为是同一种，这是其致命的缺陷。按库伦磁荷定律与洛伦兹公式物理含义来分析，qm.H≠q.v.B。
不过，依据上述二种假设，我们可以给出另一种推断：
假如F= ke.q.Q/r²= km.pm1.pm2/r² 成立，则可以得出：ke/km=pm1.pm2/q.Q；
假如pm=q.v成立，代入ke/km= pm1.pm2/q.Q中，则可得出: ke/km= v1·v2；
这说明，对于导线中的运动电荷而言，二根导线产生力作用是由于运动电荷通过导线时转化成了磁极，但电荷电场并不参与二根导线间的力形成；可见，二根导线之间之所以产生力是由于电荷有运动速度v1、v2的存在，这是二根通电导线力产生的要素，可这并没有反映力传递速度问题，更没有说力传递需要光参与，而且力传递与光速也不存在必然联系。
依据麦克斯韦给出的c=√ke/km=3×10^8 m/s，则有ke＝c².km，结合ke/km= v1·v2，就会得出c²= v1·v2；假如二根导线里的电子运动速度相同，则有v1=v2=c，如果不相等，则说明二根导线里的电子运动速度必定有一个要超光速c，这岂不与爱因斯坦的“光速不变假设”相矛盾？
为什么会出现此现象呢？原来，ke与km就像磁通量Φm与磁荷量pm之间一样存在单位换算问题，即将B=Φm/S与B=km.pm/R² 结合，则可得出：
Φm/S=Φm/π.R²=km.pm/R²，即Φm =π.km.pm.
高斯磁面通量Φm=B.S
这里可将π.km 看作是磁极单位与韦伯磁单位之间的转换系数；可见，磁通量Φm与库伦磁荷pm应是同一概念。[2]
偶极磁子的磁极称磁荷
如果pm=q.v、F= ke.q.Q/r²= km.pm1.pm2/r² 成立，则有：
F=B1.pm2=pm1.pm2/π.r²= q1.v1 .q2.v2/π.r²=v1.v2/π·q1q2/r ²= ke.q1.q2/r².
由此可得ke= v1.v2/π.
如果将ke=v1.v2/π与ke＝c².km结合，就可得：
v1.v2＝π.km.c²，即c²＝v1.v2/π.km.
因km =1.00×10^-7 N·s²/C²，故有：
v1.v2＝π.km.c²＝9×10^16×3.14×1.00×10^-7＝2.826×10^10.
这样，对于二个运动电荷而言，只要v1或v2不大于1.062×10²m/s就不会出现v1或v2超光速问题了。
假如二根平行导线中通入电流时电子的运动速度相等，这时，它们在导线内的运动速度应是：ve1=ve2=1.6811×10^5 m/s.
二个通电平行导线的力作用
由此可见，麦克斯韦所推出的c值，并不是真正物理意义上的光速，它只不过与光速数值有巧合罢了；如果以此认为麦克斯韦证明了“光也是一种电磁波”，那也只能算是他对光认识的一种“曲解”之举；光与麦克斯韦电磁波概念应存在本质区别！
如果我们将麦克斯韦推出c=√ke/km=3×10^8 m/s的方法与思路，运用到像氢原子中自旋电子与自旋氢核二个磁荷体上（如右图），则有c²＝ve.vp/π.km，这里ve、vp都是以地球上一点为参照基的速度。
氢原子中电子与质子运动
已知：km =1.00×10^-7 N·s²/C²、c=3×10^8 m/s、v地自=4.65×10² m/s、ve=2.188×10^6 m/s；
由此可得，氢原子核相对地球上一点为参照基的运动速度（实质也是氢原子运动速度）就是：
vp=π.km.c²/ve＝9×10^16×3.14×1×10^-7/2.188×10^6＝1.292×10^4 m/s .
它与地球的第二宇宙速度v=1.12×104m/s基本相一致，说明这个速度应是氢原子在地球上作“布朗运动”时的“逃逸速度”，在高空中运用同步卫星应该可以测出这个值。[3]
地球上的三种宇宙速度
3、LC发射、接收与光发射、接收之间的差异
麦克斯韦电磁波理论是建立在经典电磁学之上的，他通过对LC振荡二个关键步骤（电容器充放电与线圈磁通量变化）的理论升华，得出他的“电磁场交变”理论，即电磁波理论，这种理论的本质与光理论应是有本质区别的，具体说就是：
开放LC电路形成过程
开放LC振荡电路发出的所谓“电磁波”实质是一种交变磁场，接受体中的电子受此交变磁场影响会产生磁感应而产生运动变化；光则是光源体的原子受热（接收能量）产生电子跃迁所发射出的自旋光子流，接受体中的电子受光源体发出光子“的撞击才产生运动变化。
核外电子跃迁并释放光子
也就是说，LC振荡发出的电磁波应是一种交变磁场，这与光是二码事，交变磁场在空间传播具有间歇性、场效应性，且不具有粒子性；光则是一种粒子流，它伴随自身自旋磁场而运动，它的运动与交变磁场运动存在本质差异。
三种光子辐射方式
仔细研究LC 振荡，我们会发现，LC振荡应产生二种效应：
1、电磁感应效应，这就是麦克斯韦所说的电磁波，它发出的是一种交变磁场；接收体接收信号的方式是以磁感应方式来完成的。
2、激发光子效应，这就是我们所说的光，它发出的是一种带有自旋和磁矩的光子流；接收体接收信号的方式是撞击效应。
二者最明显的差异在于热效应与成像上，具体差异列表如下：
从上图表数据及现象描述可见，在LC振荡产生的电磁波谱中，只有微波具有了热效应；微波通常由直流电 或50Hz 交流电通过一特殊器件来获得；可以产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类： 半导体器件和电真空器件，其中电真空器件是利用电子在真空中运动来完成 能量变换的，如下图所示。
电子管微波发生器
可见，微波是LC振荡中的交变磁场发射向“交变磁场+热辐射”过渡的波，其具有“场+粒”特性，而且微波有似光性和似声性的特点；当电磁波到达红外线级别后，那就纯粹是一种热体发光现象了。
按目前物理学中电磁波的广义含义，我们可以将电磁波分为三类：
（1）. 磁场波：发射体只产生交变磁场，并向外传播这种交变磁场所称的电磁波，如LC振荡中的中、长波类，这种LC振荡只向外发射交变磁场，并不发射粒子流（如光子），这种波的发射特点是：LC发射→N-S→S-N→N-S→……接收体中LC接收器对这种交变磁场的感应只是一种普通的电磁感应现象。
（2）. 混合波：发射体既产生交变磁场又发射粒子流，如微波，接受体既有接受交变磁场能量又有吸收光子能量，这是一种“电磁感应+粒子吸收”的混合波形式，故伴有热现象。
（3）. 粒子波：发射体因接受外界能量或内部能量变化影响而向外发射粒子流，这种粒子流的发射与运动具有脉冲性，且具有明显热特征。
磁极下的阴极射线偏转实验
由此我们认为，电磁波与光应是二个截然不同的概念，光不是麦克斯韦所说的电磁波，而是一种带有自旋磁场的光子流，当光子运动通过接受物空间磁场时（需在纳米尺度下），就会产生像电子一样的洛伦兹运动而表现出转弯现象，从而造成我们所说的衍射现象。
自旋磁光子在磁场中的衍射原理
麦克斯韦通过√ke/km=3×10^8m/s计算结果就断定“光也是电磁波”只能算是一种假说，并没有真正的物理机制依据提供支持。
关于这方面论述敬请参阅司今《关于光与麦克斯韦电磁波本质区别问题的探讨》一文。
粒子论下的光折射
3、小结
3.1、LC振荡是一种普通的电磁感应现象，麦克斯韦给出的“光是电磁波”的推理存在瑕疵。
3.2、光与麦克斯韦电磁波之间应存在本质区别。
3.3、光是一种粒子流，光子有自旋和自旋磁矩性，光的波动现象是由“光子洛伦兹运动”产生的。
【参考资料】
[1].【美】Richard P.Olenick,Tom M.Apostol David L.Goodstein/著/李椿，陶如玉 译《力学世界》，北京大学出版社2002年2月第1版，P150-152页.
[2].司今/《物质自旋与力的形成》，吴水清主编《格物》2012.8总第51期，P53-58页.
[3].司今/《高斯定理的物理意义及其在场物理学中应用的得失》，中国预印本网站：
http://www.nstl.gov.cn/preprint/main.html?action=showFile&id=2c92828242215f220142fbda818e009b
司 今：男，1966年10月出生，皖蚌埠市人，机械工程师，主要从事理论物理学研究，著有《关于地球椭圆轨道和自旋变化成因的探讨》、《物质自旋与力的形成》、《量子力学磁矩的含义》、《高斯定理的物理意义及在物理学中应用的得失》、《关于陀螺运动及其研究方法的讨论》、《波粒二象性的本质》等多篇论文发表。
通讯地址：广州市萝岗区科学城南翔三路 广州毅昌科技公司
E-mail:jiewaimuyu@126.com 电话：13825126113
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