简论电磁学的相对论效应

普通物理之电磁学电磁学是物理学的一个分支。

广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。

主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。

电磁学综述电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。

根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。

所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。

早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。

电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。

这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。

麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。

和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。

一般说来，电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。

带电粒子在电磁场中运动的相对论效应
等离子体理论研究中，电磁场是一种重要的物理场，它可以改变电荷粒子的运动轨迹。

质点在电磁场中的运动受到电磁力的影响，当质点带有电荷时，电磁力会改变它的运动方向和速度。

受电磁场影响而发生的运动称为电磁力学运动。

在电磁场中，电子和其他带电粒子的运动受到电磁力的影响。

质点在电磁场中的运动被称为电磁力学运动，其中最重要的物理过程是电磁力对质点运动的影响。

当带电粒子在电磁场中运动时，它们会受到电磁力的影响，使它们的运动方向发生变化，这一现象被称为相对论效应。

相对论效应是一种由物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的重要概念，它描述了带电粒子在电磁场中运动时受到电磁力的影响。

这种效应可以用一个方程式来描述，这个方程式可以用来描述带电粒子在电磁场中运动时所受到的电磁力的大小和方向。

这个方程式可以描述电磁力对带电粒子运动的影响，让我们更好地理解电磁力在电磁场中的作用。

相对论效应在等离子体物理中发挥着重要作用，它是研究等离子体物理的基础，它可以帮助我们更好地理解带电粒子在电磁场中的运动。

相对论效应可以用来解释在电磁场中受到电磁力影响而发生的各种运动，如电子在电磁场中的运动，以及电磁场对电子的影响。

因此，相对论效应是等离子体物理研究不可或缺的一部分，它可以帮助我们理解电磁场如何影响电子和其他带电粒子的运动，以及如何影响等离子体的行为。

相对论效应也是现代物理学的一个重要概念，因为它可以帮助我们理解电磁场如何影响物质的运动，以及它如何影响宇宙中各种运动现象。

一、问题的提出电流是电荷的定向流动,而静止或运动都是相对于特定的参考系而言的;很自然地可以想到,若在一个参考系S 中静止的电荷,在S 系中观察只存在电场,在相对于S 系匀速运动的S'系中观察则同时存在电场和磁场；同样,在S 系中静止的两个电荷间只存在静电力,而在S'系中这两个电荷间不仅存在电的相互作用,还存在磁的相互作用;经典电磁学中感应电动势分为感生和动生两种,只具有相对意义;例如一个磁铁和一个线圈,当磁铁静止、线圈运动时,因线圈切割磁感应线而在其中产生动生电动势,此电动势是由磁场产生的洛伦兹力引起的；若线圈静止、磁铁运动时,线圈中因磁通量变化而产生感生电动势,此电动势是由涡旋电场引起的;上述两种情形是同一物理过程在两个不同参考系中观察的结果,得到不同的描述,这个问题也正是1905年爱因斯坦创立狭义相对论的那篇论文论动体的电动力学中一开始就提出的;物理现象不应随参考系而异;在不同参考系中,电磁规律的形式为何不同已建立的电磁规律是相对于哪个参考系的不同参考系中得到的电磁规律之间有什么相互关系电磁学中,无论速度多么低,伽利略变化都不再适用,解决这些问题要靠相对论;二、相对论力学的相关结论1、洛伦兹变换设有两个惯性系S 系和S'系,其对应的坐标轴互相平行,S'系相对S 系以速度V 沿x 轴正方向运动,在t=t'=0时刻两个参考系的原点重合;把时间写成虚变量w=ict,以x,y,z,w 为闵可夫斯基空间中的时空四矢量,洛伦兹变换为()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x i w w z z y y w i x x βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='=''-'=x i w w z z y y w i x x βγβγ 式中i 为虚数单位,c V =β,211βγ-=,c 为真空中的光速;若A x ,A y ,A z ,A t 与x,y,z,w 一样地服从洛伦兹变换,即()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x xA i A A A A A A A i A A βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=xt t zz yy t xx A i A A A A A A A i A A βγβγ 则它也是个时空四矢量;2、四维速度相对于粒子静止的时钟所显示的时间间隔d τ=γdt 称为它的固有时,固有时是洛伦兹变换中的不变量;四维速度u x ,u y ,u z ,u t 定义为⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧============ττττττττττττd d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d t ic t t w w u t v t t z z u t v t t y y u t v t t x x u t zz y y x x 四维速度是时空四矢量,它仍服从洛伦兹变换()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x u i u u u u u u u i u u βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t z z yy t x x u i u u u u u u u i u u βγβγ3、四维动量四维动量是由三维动量()z y x p p p p ,,=和能量W 组成的四维矢量m0为静质量⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=====tt zz y yx x u m c Wi p u m p um p u m p 0000 m 0为静质量;四维动量是时空四矢量,它仍服从洛伦兹变换()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x p i p p p p p p p i p p βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t zz yy t x x p i p p p p p p p i p p βγβγ三、电荷不变性与洛伦兹力公式的协变性在参考系变换时,物理量一般是变化的,规律的协变性要求规律中的物理量协同变换,而保持规律的形式不变;许多事实表明,一个物体中的总电荷量不因物体的运动而改变;例如实验测定速度为v 的带电粒子的荷质比满足22001cv m q m q -= 而质量随速度变化的相对论公式为2201c vm m -=比较这两个公式,暗示着带电体的电量q 不随运动速度而改变;又例如质子所带的正电量与电子所带的负电量精确相等;由于物体运动时,在其运动方向上长度将收缩,物体的体积也将收缩,故带电体的电荷密度不是不变量;若在某一参考系中观察到一个静止的带电体的电荷密度为ρ,在另一参考系中观察到带电体的运动速度为u,其电荷密度为ρ',则ρ'=γρ;相对性原理要求电磁学的基本方程在洛伦兹变换下要具有协变性;经典电磁学中的洛伦兹力公式B v q F⨯=只包含磁场力,不可能具有协变性,普遍的洛伦兹力公式应包含电场力,即()B v E q F ⨯+=这里的电场既包含库仑场,也包含涡旋场;四、电磁场的相对论变换公式在相对论力学中四维动量是时空四矢量,服从洛伦兹变化；但它对时间t 的导数⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧========P c itW c i t p f t u m tp f t um t p f t u m t p t zz z y y y x x xd d d d d d d d d d d d d d d d 000 即由力的三个分量f x ,f y ,f z 和功率P 的组合并不构成时空四矢量;若把dt 换成固有时间隔d τ,或者说在上述四个量上乘以τd d t⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧====ττττd d d d d d d d t P c i F t f F t f F t f F t zz y y x x就变成服从洛伦兹变换的时空四矢量()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x F i F F F F F F F i F F βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t zz yy t x x F i F F F F F F F i F F βγβγ 电磁学中电荷q 受到的洛伦兹力和功率为()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=-+=-+=-+=z z y y x x x y y x z z z x x z y yy z z y x x E v E v E v q c iP ci B v B v E q f B v B v E q f B v B v E q f 乘以τd d t,得 ()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=z z y y x x t x y y x z t z z x x z y t y y z z y x t xE u E u E u q c iF B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F根据洛伦兹变换下的协变性要求,从惯性系S 变换到惯性系S',上式应该具有的形式为()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧''+''+''='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='z z y y x x t x y y x z t z z x x z y t y y z z y x t xE u E u E u q c iF B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F利用S 系到S'系的洛伦兹变换,有()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++⎪⎭⎫⎝⎛-+-=+='z z y y x x y z z y x t t x x E u E u E u q c i i B u B u E u c i q F i F F βγβγ把上式中的u x 、u y 、u z 、u t 作洛伦兹反变换,化简后得到()z z y y y z t x x u E c B q u E c B q u E c iq F '⎪⎭⎫ ⎝⎛+-'⎪⎭⎫ ⎝⎛-+'--='βγβγβγ221由于上式对任意速度都成立,令其中u't 、u'y 、u'z 的系数与⎪⎭⎫⎝⎛''-''+''-='y z z y x t x B u B u E u c i q F 中u't 、u'y 、u'z 的系数对应相等,得到⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-='⎪⎭⎫ ⎝⎛+='='y z zz y yx x E c B B E c B B E E βγβγ 同样的方法运用到其他分量,得到电磁场的洛伦兹变换公式为()()⎪⎩⎪⎨⎧⋅+='⋅-='='y z zz y y x xB V E E B V E E E E γγ ()()⎪⎩⎪⎨⎧'⋅-'='⋅+'='=y z zz y y xx B V E E B V E E E E γγ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-='⎪⎭⎫⎝⎛+='='y z z z y y x x E c V B B E c V B B B B 22γγ ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛'+'=⎪⎭⎫ ⎝⎛'-'='=y z zz y y xx E c V B B E c V B B B B 22γγ五、运动的点电荷的电场考虑一个电量为q 的点电荷静止于S'系的原点,它在所产生的电场为()304r r qE ''=' πε其分量为()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧''='''='''='30330444r z q E r y q E r x q E z yxπεπεπε 式中()()()222z y x r '+'+'=';S'系中不存在磁场,即0='='='z y x B B B现设参考系S'系相对S 系以速度v 沿x 轴正方向运动,两个参考系对应的对比澳洲相互平行且在t=t'=0时刻两个参考系原点重合,则S 系中的电场E就是所求的运动的点电荷的电场;利用洛伦兹变换公式,得()()()[]()()[]()()[]⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++-⋅=''⋅='=++-⋅=''⋅='=++--=''='=232222030232222030232222030444444z y vt x z q r z q E E z y vt x yq r y q E E z y vt x vt x q r x q E E z z y y x x γγπεγπεγγγπεγπεγγγπεπε 考虑t=0时刻,有z y x E E E z y x ::::=也就是说,电场强度E 与坐标轴之间的夹角等于径矢与坐标轴之间的夹角,或者说电场强度E的方向沿着以点电荷的瞬时位置为起点的径矢方向;考虑电场强度大小的分布()()()()322222222222220322222222200222021144⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++===z y x z y zy xq z y x z y x q E E E E t z y x t ββπεγγπε故()()23222202322222222220sin 114114θββπεββπε--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-++-==rq z y x z y z y x q E t此结果表明,运动的点电荷的电场强度的大小除了与r 2成反比外,还依赖于径矢与运动方向之间的夹角θ以及电荷的运动速率v,电场强度的大小不是各向均匀的;随着电荷的运动,电场强度的这种分布以同一速度向前运动;当点电荷速度v 较小,β<<1而可忽略时,电场近似为库仑场;电荷的速度越大,电场线在yOz 平面附近的密集越高,在β→1的极限情形下,极强的电场局限在yOz 平面内,运动电荷携带这样的电场高速运动;六、运动的点电荷的磁场根据电磁场的洛伦兹变换公式,可得点电荷匀速运动时空间的磁感应强度为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧='=-='-=='=y y z z z y x x E c v E c v B E c v E c v B B B 22220γγ写成矢量表达式为E v cB ⨯=21该式表明,点电荷匀速运动时,空间的磁场也是随时间变化的,它总是垂直于速度矢量和电场矢量所决定的平面;磁感应线是一些以电荷运动轨迹为轴的同心圆;在t=0时刻点电荷恰好处于S 系原点时,磁感应强度的大小为()()232222200sin 1sin 14θβθβπε--==c v r q B t电场与磁场是相互联系的,真空介电常数ε0与真空磁导率μ0之间的关系为2001c=⋅με 于是()()23222200sin 1sin 14θβθβπμ--==r qv B t与电场线的分布对应,磁感应线也在yOz 平面附近较为密集;电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面附近的密集程度越高;随着电荷的运动,磁感应强度的这种分布以同一速度向前运动;当电荷运动速度较小,β<<1而可忽略时,磁感应强度的分布为200sin 4r qv B t θπμ==写成矢量表达式为24r r v q Bt⨯==πμ这就是低速情形下匀速运动的点电荷产生的磁场的公式;作l I v qd ⋅=⋅的代换,可过渡到电流元产生的磁场的公式20d 4d rr l I B⨯⋅=πμ⎰⨯⋅=L r r l I B 20d 4 πμ因此,毕奥-萨伐尔定律是低速下的近似公式;不过若求闭合回路的磁场,对整个回路积分后,所得结果与严格的公式一致;电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面附近的密集越高,在β→1的极限情形下,极强的磁场局限在yOz 平面内,运动电荷携带这样的电场高速运动;。

电磁场相对论效应及载流直导线中带电粒子受力分析作者：杨浩李裔兰小刚来源：《中学物理·高中》2018年第11期摘要：从带电粒子运动激发的电磁场出发，讨论了不同参考系下电磁场的转换关系.在此基础上，着重研究了不同参考系中，载流直导线激发的电磁场以及导线上带电粒子的受力情况.并对电场与磁场的统一关系及相对论效应进行了定量分析.关键词：电场；磁场；相对论效应基金项目：四川省研究生教育改革创新项目（445001）；西华师范大学教学改革与研究项目（XJJGXH2017111）.作者简介：杨浩（1996-），女，四川广元人，在读研究生.通讯作者：兰小刚（1982-），男，四川内江人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：物理学科教学论研究.电场与磁场的产生都与电荷有关，静止的电荷激发静电场，运动的电荷激发磁场.在不同的参考系中，电荷的运动情况不同，电磁场会有不同的表现.特别是考虑相对论效应，在不同参考系下，电、磁场间相互转化会比较复杂，而且该相对论效应也不可忽略.本文从运动带电粒子激发的电磁场出发，讨论了不同参考系下（本文涉及的参考系均为惯性参考系，以下同）电磁场的转换关系.在此基础上，详细研究了载流直导线激发的电磁场，分别计算了载流导线上正（负）离子的受力.并将考虑相对论效应的结果与低速近似结果进行比较，自然回归到经典物理的公式，最后对所得结果以及电磁场的本质进行讨论.1不同参考系下运动电荷激发的电磁场当场源电荷（q）运动时，在其周围运动的电荷（q′）不仅受到与自身运动速度无关的力（电力），还会受到与自身运动速度大小和方向有关的力（磁力），这两种力都是通过场来传递的.显然，运动电荷周围不仅存在电场，还存在磁场.而物理学描述静止或运动都是相对的，在相对场源电荷（q）静止的参考系（S）中，只能观测到电场的存在；但在相对场源电荷运动的参考系（S′）中观测，不仅存在电场，还存在磁场.说明电场和磁场具有相对性.与洛伦兹变换关系（说明了时间与空间的联系）类似，电场与磁场也存在相对论联系.若以E→（Ex，Ey，Ez），B→（Bx，By，Bz）和E→′（E′x，E′y，E′z），B→′（B′x，B′y，B′z）分别表示在S系和S′系（以速度u沿S系的x轴正向运动）的电场和磁场，它们之间的变化关系为[1]：E′x=Ex，E′y=（Ey-uBz）/1-u2/c2E′z=（Ez+uBy）/1-u2/c2B′x=Bx，B′y=（By+uEz/c2）/1-u2/c2，B′z=（Bz-uEy/c2）/1-u2/c2 （1）可见，电场、磁场构成统一体，即电磁场.相对于不同参考系，电磁场的六个分量具有不同的表现形式，其大小也存在差异.应该注意的是，由于存在电荷，但不存在所谓的“磁荷”，所以造成电现象与磁现象并不对称.正是由于这种非对称效应，可将磁场理解为电场的相对论效应.爱因斯坦也曾经指出：“我曾确信，在磁场中作用在一个运动物体上的电动力不过是一种电场力罢了.正是这种确信或多或少直接地促使我去研究狭义相对论”[2].总之，同一电荷系统的电场和磁场的物理表现随参考系的不同而发生变化.电磁场本质上是电场和磁场的统一实体，但磁场（或磁效应）是电场（或电效应）的相对论效应.接下来，我们将通过一个具体的物理模型，来定量研究二者之间的相对论效应.2不同参考系中载流直导线激发的电磁场我们以两条平行放置的载流直导线这种简单的物理模型为例，如图1所示.竖直固定平行放置的两条相同长直导线1和2相距为a（a为长直导线的长度），两导线通有方向、大小都相同的稳恒电流导线中的正离子均静止，且单位长度导线中正离子的电荷量为λ；形成电流的导电子以速度v0沿导线向下匀速运动，单位长度的导线中导电电子的电荷量为-λ.已知：单位长度电荷量为η的无限长均匀带电直导线在距其r处产生的电场的强度大小为E=2keη/r，其中ke是常量；当无限长直导线通有稳恒电流I时，电流在距导线距离为r处产生的电场的强度大小为B=2kmI/r，其中km是常量.我们将结合狭义相对论中的长度收缩公式来讨论常量ke和km的比值关系.我们选取参考系S（S′）分别相对导线中正（负）离子静止，如图1所示.参考系S中，导线中的正离子静止，而电子以速度v0向下匀速运动；参考系S′中，导线中电子静止，而正离子以速度v0向上匀速运动21不同参考系中载流直导线对正离子的作用在S参考系中，如图1（a）所示，导线上正负离子所带电荷和为零，即λ=λ++λ-=0.考虑导线1对导线2中带电量为q的正离子的作用，有Fe += 0；S参考系中，导线1中虽有导电电子运动，并激发磁场（B=2kmI/a），但导线2中正离子相对静止，故正离子受到磁场力Fm+=qv1+B=0.但在S′参考系中，如图1（b）所示，电子静止，正离子向上运动，考虑相对论尺缩效应：相对观测者运动的载流导线，其上的电荷线密度分布会变大.因此S′参考系中，导线的单位长度带电量不再正负抵消为零，从而在空间激发电场.因此在S′参考系中，导线1对导线2中正离子产生作用力（电场力）.相对参考系S′静止的电子，其占据的长度比在S参考系中运动时占据的长度l会伸长为l-' = l/1-v20 c2[3].由于总的电荷量不随参考系变化，有λ′l′=λl.因此，S′系中的负电荷线密度为-λ- ′ = λ1-v20 c2.反之，参考系S′中正离子以速度v0向上匀速运动，相比在S系中静止时占据的长度l会缩短为l+′= l1-v2oc2，同理可得，S′系中正电荷密度为λ +′ = λ/1-v20 c2.因此，考虑相对论长度收缩效应后，在参考系S′中，导线1单位长度带电量不再为零，其大小为λ′ = λ +′ + λ-′ = λv2oc21-v20c2（2）则其在导线2处产生的电场强度为E′= 2ke λ'a = 2ke λv2o c2a1-v20 c2（3）（3）式中，净电荷密度λ′>0，电场强度方向向右.则导线2中带电量为q的正离子会受到方向水平向右的电场力，其大小为Fe +′ = qE′ = 2ke qλv20 c2a1-v20 c2（4）另一方面，在参考系S′中观测，导线1中的正离子以速度v0向上匀速运动，形成电流I′= λ +′v0 = λvo 1-v2o c2（5）此电流在距离导线a处激发磁场的磁感应强度为B′ = 2km I′a = 2km λvo a1-v2o c2（6）其方向垂直纸面向内.则导线2中电荷量为q的正离子会受到方向水平向左的磁场力为Fm +′ = qv0 B′ = 2km qλv20 a1-v20 c2（7）通过以上分析可见，在S参考系中观测导线2中的正离子不受力作用，但S′参考系中，导线2中的正离子既受电场力又受到磁场力作用，显然二者合力应该为零（因正离子均保持静止或向上匀速运动状态）.故F′=F′e+-F′m+=0，化简可得ke/km=c2.当然，我们直接利用无限长带电导线激发的电场以及无限长载流导线激发磁场的表达式为E=λ2πε0r=2keλr，B=μ0I2πr=2kmIr（8）（8）式中，ε0，μ0分别为真空介电常数与磁导率，二者均为与参考系无关的常数.也可得到ke与km的比值为ke/km=1/μ0ε0=c2[4].这和我们考虑相对论效应得到的结果也是一致的.至此，通过以上分析我们看到：不同参考系下，同一条载流直导线激发的电磁场是不同的.为了进一步理解电磁场的统一性与相对性，我们不妨继续讨论，分析上述过程中导线2中的负离子受力情况.22不同参考系中载流直导线对负离子的作用如图1（a）所示，在S参考系中，负离子-q以速度v0竖直向下运动，导线1中有方向向上的稳恒电流I，则载流直导线1在距离a处产生的磁场强度大小为B=μ0I/2πa，方向垂直纸面向里.因正负离子带电量相抵消，不激发电场，故作用在导线2中的负离子q上的力（洛伦兹力）大小为Fm=qvB=qvμ0I/2πa方向水平向左，指向导线1.在S′参考系中，如图1（b）所示，导线1中导电电子静止，正离子向上运动形成方向向上的电流，在距离a处产生磁感应强度大小为B'=μ0I′2πa的磁场.但此时导线2中的负离子（-q）相对静止，故不受洛伦兹力的作用.但考虑尺缩效应，S′系下导线1中正负电荷之和为λ' = λv20 （c2·1-v20 c2），其将在距离a的导线2处产生电场.电场强度方向水平向右，大小为E′=λ′/2πε0a，则作用在导线2中的负离子（-q）上的电场力大小为Fe′=qE′=qλ′/2πε0a，方向水平向左，指向导线1.接下来我们将不同参考系下的电力和磁力进行化简，由c-2=ε0μ0以及电流定义I=λv0，可得Fm = qλv202πε0 ac2，Fe′ = qλv2o2πε0ac2 11-v2oc2（9）（9）式结果表明，两个参考系下，电力和磁力大小几乎相等.至少，在低速情况下Fm=Fe′.实际上，我们再回顾（4）式和（7）式，也会发现类似结果.因此无论作用对象是正离子还是负离子，不同的参考系中，导线对一沿其匀速运动的带电离子作用力（电力或磁力）是相同的，电和磁可以理解为“对同一事物的两种不同观察方法而已”.电和磁本质上仅仅是两种不同的表现形式而已，它们最终也会给出相同的物理结果.当然，（9）式Fe′中多出的因子项，可以通过考虑不同参考系下力的作用效果来证明，二者产生的物理结果是等效的.若作用一段时间后的横向动量（设横向坐标为y）为ΔPy=FΔt，ΔPy′=F′Δt′.利用（9）式，可得ΔPy=ΔPy′，即在不同参考系下，载流直导线所激发出的电场和磁场对一沿导线匀速运动的带电离子的作用效果完全一致.3总结与讨论由以上分析可得载流直导线在运动参考系S′中激发的电磁场为E′ = λ′2πε0a = Iv0c22πε0a1-v20c2，B′ = μ0I2πa = B（10）显然，在低速情况下，载流直导线在相对于观察者沿导线方向以速度v0运动时激发的电磁场，相当于它本身（S系中）激发的静磁场与它的线电荷密度变为λ′后激发出的静电场的叠加.同理，线电荷密度为λ的无限长均匀带电直线在相对于观察者沿长度方向以速度v0运动时激发的电磁场，就相当于它本身激发的静电场与它形成的电流I=λv0时激发的静磁场的叠加.此外，单位长度载流导线所受电、磁力的大小也存在显著差异.上节讨论的导线1、2中单位长度间的磁力大小为Fm=μ0λ1v1λ2v2/2πd，电力大小为Fe=E1λ2=λ1λ2/2πε0d.将二者大小进行比较，有Fm/Fe=ε0μ0v1v2=v1v2/c2.假设金属中电子漂移速度大约为10-4数量级[5]，则Fm/Fe大约为10-24.也就是说载流直导线间的电力远大于磁力.但由于导线中正负带电粒子所受的电力大小相同、方向相反，电力被抵消.所以分析两根载流导线间的作用力时，仅仅考虑磁力即可.总之，同一电荷系统的电场和磁场的物理表现随参考系的不同而发生变化.参考文献：[1]郭硕鸿.电动力学[M].北京：高等教育出版社，2008.[2]张三慧.大学基础物理学[M].北京：清华大学出版社，2007.[3]费恩曼，莱顿，桑兹.费恩曼物理学讲义：第二卷[M].上海：上海科学技术出版社，2013.[4]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2006.[5]马基茂，毛泽普，周杰，颜洁.一个均匀电场漂移室和电子漂移速度的测量[J].高能物理与核物理，1985（01）：1-5.。

相对论磁场全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：相对论磁场是一种受相对论效应影响的磁场，其行为规律和传统磁场有所不同。

在相对论磁场理论中，磁场与速度、电荷之间存在着复杂的相互作用关系，磁场的强度和方向会随着物体的相对运动状态而发生改变，这为我们理解磁场现象提供了更加深入的视角。

在经典物理学中，磁场是由电荷的运动而产生的，而相对论磁场中，磁场的本质则与电荷的相对运动状态有关。

当一个电荷相对于观察者运动时，根据洛伦兹变换的原理，观察者会认为电荷周围存在一个磁场。

这种磁场与电荷的速度和加速度等因素有关，而且磁场的强度和方向也会随着观察者的参考系不同而发生变化。

在相对论磁场的描述中，我们需要引入洛伦兹力的概念。

洛伦兹力是指作用在电荷上的一个力，这个力由电场和磁场共同作用而产生。

在相对论磁场中，磁场会对运动的电荷产生洛伦兹力的作用，这会改变电荷的运动轨迹和速度。

在相对论磁场中，我们需要考虑磁场与电荷之间的相互作用，这对于理解磁场现象的本质至关重要。

在相对论磁场理论中，我们还需要引入磁场的能量和动量。

根据相对论动力学的原理，磁场也可以携带能量和动量，这些能量和动量会随着电荷的运动状态而发生变化。

这为我们研究磁场的能量传递和动量传递提供了新的视角，有助于深入理解磁场在物质世界中的作用和影响。

相对论磁场的研究不仅有理论意义，还有实践应用价值。

在现代物理学和工程技术中，磁场被广泛应用于磁共振成像、磁力传感器、磁悬浮技术等领域，相对论磁场的研究为这些应用提供了理论支撑。

通过深入研究相对论磁场的行为规律，我们可以更好地利用磁场的力量，推动科学技术的发展。

相对论磁场是现代物理学中的一个重要研究领域，它的特点在于磁场与电荷之间的相互作用关系受相对论效应影响。

通过对相对论磁场的深入探讨，我们可以更好地理解磁场现象的本质，推动物理学和工程技术的发展。

希望未来我们能够在相对论磁场理论中取得更多的重要进展，为人类的科学探索和实践应用做出更大的贡献。

电磁场的相对论变换摘要：该文章我们从实验事实出发导出洛伦兹变换，接着讨论相对论的时空性质，然后研究物理规律协变性的数学形式。

在此基础上根据相对性原理，我们把描述电磁规律的麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式写成协变形式，并导出电磁场的变换关系。

最后介绍运动带电粒子激发的电磁场。

关键词：洛伦兹变换、协变性、相对性原理目录引言 (1)1 爱因斯坦的基本假设 (2)1.1伽利略变换 (2)1.2伽利略相对性原理 (3)1.3爱因斯坦的选择 (3)2 相对论力学的若干结论 (3)2.1洛伦兹变换 (4)2.2四维速度 (4)2.3四维动量 (5)3电磁规律的协变性和电荷不变性 (5)4电磁场的变换 (7)4.1电磁场的变换公式 (7)4.2运动点电荷的电场 (9)4.3运动点电荷的磁场 (12)结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (18)引言现代科学技术发展迅速，经典电磁场理论的应用已深入到许多领域中去，要了解在这些领域中如何应用电磁场的基本原理来解决各种实际问题还需要进一步学习进一步有关的知识。

本文就几个关系比较密切的发面作以简单的初步介绍，目的在于对电磁场理论的发展和应用有所了解，同时也有助于对已学过的知识加深认识，并为进一步学习创造条件。

麦克斯韦的电磁场理论和相对论的发展有密切关系，麦克斯韦提出的电磁理论和当时经典力学的时空概念不适合。

这是19世纪后期物理学者讨论和研究的重要问题之一。

爱因斯坦提出狭义相对论后问题才得到澄清。

麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论基本原理是一致的，学习相对论有助于深化对电磁场理论的了解。

借助相对论可是我们知道，磁现象的出现是电荷的相对运动的结果，从而获得对电和磁的统一性的进一步认识。

1 爱因斯坦的基本假设 1.1 伽利略变换在两个惯性参考系K 和 'K 上各取一个固定的坐标系oxyz 和''''z y x o 。

为了方便，假设两个坐标系的对应坐标轴互相平行，同时设'K 和K 以速度v 沿x 轴的正方向运动，并且在t='t 时两坐标系的原点o 和'o 重合。

电磁效应规律-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述电磁效应是电磁学中一个基本的现象，它描述了电流通过导体时所产生的磁场以及磁场变化所引起的感应电流。

电磁效应的研究对于理解电磁学的基本原理以及应用于各个领域都具有重要的意义。

电磁效应包括了电磁感应和电磁辐射两个方面。

电磁感应是指当磁场的变化或者导体与磁场相对运动时，会在导体中产生感应电流。

这个现象最早由法拉第在19世纪初发现并总结出法拉第电磁感应定律，为后来的电磁学发展奠定了基础。

另一方面，电磁辐射是指由加速电荷所产生的电磁波通过空间传播的过程。

电磁辐射包括了广泛的范围，从无线通信中使用的无线电波到可见光以及更高频率的紫外线、X射线和γ射线都属于电磁辐射的范畴。

这个现象最早由麦克斯韦在19世纪中叶的电磁理论中得到了完整的解释，并形成了麦克斯韦方程组。

电磁效应的规律是基于电磁学的基本原理而得出的，这些原理包括了库仑定律、洛伦兹力和麦克斯韦方程组等。

通过这些规律，我们可以预测和解释电磁效应所产生的现象，从而推动了电磁学的发展和应用。

在实际应用中，电磁效应被广泛运用于各个领域。

在电力工程中，我们利用电磁感应原理实现了发电机的工作原理，将机械能转化为电能。

在通信领域，无线电波的产生和接收都是基于电磁效应。

此外，电磁波的应用还涉及到医学、冶金、遥感等多个领域。

展望未来，随着科学技术的发展，电磁效应的研究将进一步深入。

例如，随着对电磁波谱的研究加深，我们将有更多机会利用不同频段的电磁波进行通信和探测。

此外，电磁效应的应用也将更广泛地涉及到新兴领域，如人工智能、量子计算等。

总之，电磁效应规律的研究具有重要的理论和实践意义。

深入理解电磁效应的基本原理和规律，不仅可以促进电磁学的发展，还能够为我们应用电磁效应解决现实问题提供科学依据。

1.2 文章结构文章结构部分可以包括以下内容：本文主要包括三个部分：引言、正文和结论。

在引言部分，我们将概述电磁效应的基本概念和重要性，介绍文章的结构以及文章撰写的目的。

电磁学中的相对论效应研究引言相对论是现代物理学中的重要理论之一，它对于解释电磁学中的现象有着重要的作用。

在电磁学中，相对论效应是指由于物体的运动速度接近光速而引起的特殊效应。

本文将从相对论的基本原理开始，探讨相对论的影响以及它在电磁学中的研究。

相对论的基本原理相对论是由爱因斯坦提出的，它有两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。

•相对性原理：物理定律在所有惯性系中都是相同的。

也就是说，物理定律不随观察者的运动状态而改变。

•光速不变原理：真空中光的速度是恒定的，不受观察者的运动状态的影响。

这两个原理构成了相对论的基础，对于解释电磁学中的现象至关重要。

相对论效应的影响在电磁学中，相对论效应对几个重要的现象产生了影响，包括长度收缩效应、时间膨胀效应和质量增加效应。

长度收缩效应根据相对论的长度收缩效应，当一个物体以接近光速的速度运动时，它的长度在运动方向上会发生收缩。

这意味着，在电磁学中，当物体运动速度接近光速时，观察到的长度会比静止时要短。

时间膨胀效应根据相对论的时间膨胀效应，当一个物体以接近光速的速度运动时，它的时间会变慢。

这意味着，在电磁学中，当物体运动速度接近光速时，观察到的时间会比静止时要慢。

质量增加效应根据相对论的质量增加效应，当一个物体以接近光速的速度运动时，它的质量会增加。

这意味着，在电磁学中，当物体运动速度接近光速时，观察到的质量会比静止时要大。

相对论效应的影响使得电磁学中的一些现象变得更加复杂，需要考虑物体的运动速度对其性质的影响。

相对论的应用与研究相对论效应的研究对于电磁学有着重要的应用价值，以下列举几个典型的例子：狄拉克方程狄拉克方程是描述自旋-1/2粒子的相对论性量子力学方程。

在电磁学中，狄拉克方程被广泛应用于描述电子在强磁场中的行为，例如在磁共振成像中的应用。

相对论电动力学相对论电动力学是将相对论效应引入到经典电动力学中的理论体系。

相对论电动力学在描述高速运动带电粒子的行为时具有重要作用，例如用于解释高能物理中的珍贵事件。

电磁学的基本理论和应用电磁学是研究电荷与电磁场相互作用的学科，涉及电场、磁场、电磁波等内容。

电磁学理论的发展促进了现代科学技术的进步，广泛应用于工程、通信、医学等领域。

本文将介绍电磁学的基本理论和一些常见应用。

一、电磁学的基本理论1. 库仑定律库仑定律是电磁学的基础之一。

根据库仑定律，两个点电荷之间的电力大小与它们之间的距离平方成反比，与电荷的大小成正比。

这一定律表明了电荷的相互作用与距离和电荷之间的属性有关。

2. 高斯定律高斯定律是研究电场的基本定律之一。

根据高斯定律，电场通过封闭曲面的电通量与该曲面内的电荷量成正比。

这一定律可以帮助我们计算电场分布并解释电场的性质。

3. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场变化引起的感应电流。

根据法拉第电磁感应定律，当闭合线圈或导体中的磁通量发生变化时，会产生感应电动势或感应电流。

该定律为发电机、变压器等电磁设备的工作原理提供了理论基础。

4. 安培定律安培定律是研究磁场的基本定律之一。

根据安培定律，通过闭合电路的磁场强度与该电路上所包围的电流成正比。

这一定律揭示了电流产生的磁场特性，为设计电磁铁、磁共振成像等设备提供了依据。

5. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电磁学研究的核心方程，由麦克斯韦整理和总结了电磁学的基本理论。

麦克斯韦方程组包括了电场、磁场与它们的相互关系，形成了统一的电磁理论。

这一理论奠定了电磁学的基础，指导了电磁波的研究与应用。

二、电磁学的应用1. 电力工程电磁学在电力工程中的应用广泛。

例如，利用电场的力作用和磁场的感应效应，发明了电动机、发电机、变压器等电力设备，实现了能量的转换和传输。

电磁学的理论指导了电力系统的设计、运行和维护，保障了电力供应的稳定性和可靠性。

2. 通信技术电磁学在通信技术中起着关键作用。

无线通信依赖于电磁波的传播和接收。

通过电磁场的调制和解调，信息可以在远距离传输。

电磁学的原理为无线电、雷达、卫星通信、光纤通信等技术的发展提供了基础。

相对论磁场-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：相对论磁场是指在相对论场论框架下对磁场进行研究的领域。

相对论磁场理论的发展是为了更准确地描述高速运动下的粒子行为和电磁场的相互作用。

相对论磁场理论的重要性在于它可以更好地解释粒子在高速或强磁场条件下的行为，为理解基本粒子的运动提供了强有力的工具。

在相对论磁场中，磁场与电场之间的相互作用以及磁场的性质都会发生变化，需要建立新的数学框架来描述这些现象。

本文将以相对论磁场为主题，探讨其基本性质、应用和未来研究方向。

1.2 文章结构文章结构部分：本文主要包括三个部分：引言、正文和结论。

在引言部分，我们将概述相对论磁场的重要性及相关背景知识，说明文章的结构和目的。

正文部分将分为三个小节：相对论基础、磁场的相对论性质和相对论磁场的应用。

我们将详细介绍相对论的基本原理，磁场在相对论框架下的特性，以及相对论磁场在现实生活和科学研究中的应用。

最后，在结论部分，我们将总结相对论磁场的重要性，展望未来可能的研究方向，并对整篇文章进行简要的总结和结论。

1.3 目的相对论磁场作为相对论物理中重要的研究领域，其研究对于深入理解宇宙中的各种现象和物理原理具有重要意义。

本文的目的在于探究相对论磁场的基础知识，分析磁场在相对论情况下的特性和行为，以及其在实际应用中的重要性和潜在价值。

通过深入了解相对论磁场，我们希望能够帮助读者更好地理解现代物理学中的相关概念，促进对磁场在相对论框架下的进一步研究，为未来物理领域的发展提供参考和启示。

2.正文2.1 相对论基础:相对论是爱因斯坦在20世纪提出的一种物理学理论，它革命性地改变了人们对时间、空间和物质运动的认识。

相对论的基本原理包括狭义相对论和广义相对论。

狭义相对论主要研究惯性参考系之间的变换规律，其中最著名的便是著名的相对性原理和光速不变原理。

相对性原理指出物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，而光速不变原理则表明光在真空中的速度对于所有观察者都是恒定不变的，这就引出了著名的E=mc²方程。

榕树下牵手幸福大学物理——关于“磁场是电场的相对论效应吗？”我们都知道电场与磁场的产生都与电荷有关，它们的大小和方向又和与电荷的距离有关，不同的是，磁场还与电荷的运动速度有关。

此外，电场能够产生磁场，磁场也能产生电场，所以可以统称为电磁场一个静止的电荷的周围会产生电场E，在这个电场中，另一个静止的电荷q会受到作用力F=qE。

当q在这个电场中运动时，在同一位置也会受到电场力。

这个电场力与其运动速度无关。

场源电荷Q运动，或其周围的电荷q的运动，都会使q同时受到电场力和磁场力的作用，这两个力都是通过场来作用的。

所以运动的电荷周围既有电场又有磁场，而这里的运动和静止又是相对的。

如果在场源电荷附近选取一个静止的参考系S1时，并以其为参考量进行观察，这时我们可以认为q 只受到一个电场力的作用，而不存在磁场力。

也就是说，此时Q周围只有电场而不存在磁场。

而如果我们选取另一个运动的参考系S2并以其为参考量进行观察时，那么此时q 就不仅受到电场力，还受到一个磁场力的作用，也就是说Q周围此时既有了电场又有了磁场。

在S1和S2下，Q是一样的（而且具有相对论不变性）。

但电场和磁场的存在情况不一样——电场一直都存在，磁场却要在电荷运动时才出现。

这种差异的存在就因为运动与否，或者说是由于选择的不同的参考系。

从中我们可以看出磁场和电场具有相对性。

具体在下面的论述中有详细描述（摘自）：设0时刻在xy坐标的(0,0)和(0,1)两处飞过两个相同质量m和相同电量q的粒子，它俩的速度都是v，方向都沿着x 轴的正方向。

设相对论因子为r，r=(1-vv/cc)^(-1/2)。

以下带撇的量都是在与两粒子相对静止的动系中测得的量，不带撇的量是相对地面静止的静系中测得的量。

动系中，原点处的那个粒子在电力作用下产生的沿y轴方向的速度u'=dy'/dt'，加速度a'=du'/dt'=d(dy'/dt')/dt'。

关于相对论实验的解释云南曲靖云维集团大为制焦有限公司爱因斯坦建立相对论时，提出4个实验：是“引力红移、光线偏析、水星近日点的进动，雷达回波实验”如果用电磁力和引力统一（电磁力是引力，万有引力也是电磁力）的理论来解释以上的实验现象。

概述：宇宙、地球都是一个电磁场，物质运动都是在电磁场中进行的，物体都是带电体,都有受到电磁力（引力）的作用，不同的点和不同的物质电磁力是不同的。

1、引力红移：广义相对论证明，引力势低的地方固有时间的流逝速度慢。

也就是说离天体越近，时间越慢。

这样，天体表面原子发出的光周期变长，由于光速不变，相应的频率变小，在光谱中向红光方向移动，称为引力红移。

宇宙中有很多致密的天体，可以测量它们发出的光的频率，并与地球的相应原子发出的光作比较，发现红移量与相对论预言一致。

60年代初，人们在地球引力场中利用伽玛射线的无反冲共振吸收效应，测量了光垂直传播22.5M产生的红移。

红移有3种：多普勒红移（由于辐射源在固定的空间中远离我们所造成的）、引力红移（由于光子摆脱引力场向外辐射所造成的）和宇宙学红移（由于宇宙空间自身的膨胀所造成的）。

解释引力红移实验，现实例子：电力实验现象，当交流电（50HZ）火线与接地发生短路，交流电就会变成直流电。

（10KV或35KV线路占得比重很大，单相接地对频率无影响，但两相、三相短路问题就大了。

突然短路，频率急剧下降为0。

）因为当短路时，交流电（50HZ）火线电位高、地电位低，阻力小，电磁力很大，交流电就被拉成直流电。

同理，宇宙中的光线是电磁波，在宇宙中电磁波同样受到电磁力的作用，光子的质量是很小的，光子的电磁能量变大。

星球表面也有电压，当光线接近其他星球时，在星球表面电磁力的作用，质量微小的光子就会被星球物质的引力（电磁力）吸引，发生引力红移现象。

2、光线偏折：如果按光的波动说，光在引力场中不应该有任何偏折，按半经典式的"量子论加牛顿引力论"的混合产物，用普朗克公式E=hr和质能公式E=MC^2求出光子的质量，再用牛顿万有引力定律得到的太阳附近的光的偏折角是0.87秒，按广义相对论计算的偏折角是1.75秒，为上述角度的两倍。

简论电磁学的相对论效应简论电磁学的相对论效应田宇明江彪于哲宇陈旼嘉刘思皓（西安交通大学能源与动力工程学院 710049）摘要：狭义相对论推翻了经典力学下的绝对时空观，却与经典电磁学不相冲突，这体现出电磁学中必然蕴含着更深层、更本质的思想。

而经典电磁学理论的协变性揭示出了相对论原理与电动力学存在着内在联系，这些联系可以体现在基于相对论推演电磁学理论等诸多方面。

然而，在实际的教学中对协变性的推导十分复杂，不利于理解。

本文由较为简单的情况出发，避免四维矢量分析，由相对论洛伦兹变换推演电磁学理论的基本方法，提供一种相对论协变性的简单理解，由此整理电磁学相对论效应的结论，并从相对论的观点理解麦克斯韦方程组。

关键词：电动力学；协变性；高斯定理；安培环路定则；电磁场不同于经典力学的绝对时空观被相对论时空观推翻，经典电磁学在洛伦兹变换下具有协变性，使得经典电磁学理论符合相对论时空观。

这意味着，从相对论出发，结合电磁学基本原理也可以推演出电磁学其他理论，如运用狭义相对论结论，再以电量作为洛伦兹不变量和库仑定律、叠加原理为基础，推演出电磁学理论的基本内容。

[1]故而，相对论与经典电磁学存在着内在的联系，而分析这种联系，就要从协变性和电磁学定律的推演来实现，最终重新从相对论的观点分析理解经典电磁学规律。

经典电磁学规律经典电磁学中静止电荷间的相互作用满足库仑定律r30Qq ·41πε= 是电磁学基本规律之一。

对库仑定律有着多种理解，比如可以将电场高斯定律视作更基本的规律，从而推导出库仑定律。

另一方面，电磁场是一种物质且电场和磁场是其不同的表现形式，那么电磁相互作用可以被理解为电场间和磁场间的相互作用。

现在考虑相距a 的两个点电荷Qq ，令Q 位于原点，q 在x 轴正半轴上，则空间的电场分布()++-++-+++++=????? ?-+=))(())(()()(41r r Q ·412322223222030z y a x z y a x q z y x z y x Q a r q πεπε 其能量密度为：2021U E ε=；空间的总能量为dv E 2021U ε=；现在让q 向x 轴正半轴移动x δ，舍去高阶小量，空间能量密度分布改变为：x a Qq Edv E U δπεδεδ200·41== 这样，整个空间的电场能量变化量与电势能变化量相同，即与库仑定律相符合，说明电场力可以理解为电场间的相互作用，当然这种相互作用用库仑定律可以很方便的描述。

从低速现象得到的电磁理论，为什么会透露相对论的秘密？人们通过电磁学的研究发现了相对论。

相对论是对经典时空观的颠覆，它的效应在高速运动的时候才显著。

而电磁学是在低速运动下得到的理论，为什么它会蕴藏着相对论的秘密，导致人们发现时空的奥秘？1、相对论效应众所周知，相对论非常神奇，它远远超出我们的生活经验。

根据相对论，运动的物体时间变慢，空间收缩。

比如，母亲在20岁生下孩子后，乘坐宇宙飞船以0.995倍的光速离开地球。

宇宙飞船一直以这样的速度运动，3年后再回来。

这时地球已经过了30年，孩子30岁，而母亲才23岁。

在日常生活中，相对论效应非常微弱，无法察觉，否则我们乘车的时候，就会发现时间变慢了。

相对论效应只有接近光速时才显著，所以人类在地球上生活了这么多年，一直以为时间像匀速的河流一样均匀流过。

既然现实生活中相对论效应很微弱，那人类是怎样发现相对论的呢？物理学家通过摆弄导线、电池、磁铁等玩意发展出了电磁学。

这是一种不寻常的理论，它的不寻常导致了一系列的实验，最后通向了相对论的发现。

电磁学并不是研究高速运动得到的理论，但它在高速世界里仍然适用（这里速度的高低，是指与光速相比）。

同样，牛顿物理也是从低速的世界发展出来的，但它不适用于高速运动的物体。

为什么同样是研究低速的现象，电磁学就蕴含了相对论的奥秘，最后颠覆经典时空观呢？本文后面的内容包括两部分：电磁学异常的地方是什么？为什么会出现这种异常？2、电磁学的异常A、相对性原理在19世纪人们就发现电磁定律和其他的物理理论不同，认为它不符合相对性原理。

什么是相对性原理？坐过火车的朋友都知道，当火车匀速行驶的时候，拉上窗帘，我们就无法判断车在向前还是向后开。

事实上，如果不是火车颠簸，我们根本不知道火车是静止还是运动。

这时候火车上的一切现象，都无法帮助我们判断火车如何运动。

比如车上水龙头的滴水，并不会因为车向前运动，它就滴在后面。

将这种经验总结推广，人们得到了相对性原理。