電場和磁場是怎麼統一起來的？

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電場和磁場是怎樣被統一起來的？為什麼引力場和電磁場那麼相似卻沒被統一起來？

下面分兩個部分來回答這個問題。

1.電場和磁場是怎樣被統一起來的？

不知題主是否想過這樣一個問題：我們說運動的電荷會產生磁場，但運動不是相對的嗎？如果我與運動的電荷以相同的速度運動的話，那麼在我看來，該電荷產生的磁場是否存在？如何解釋/調和這個問題的矛盾？

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事實上，磁場與電場確實是同一種場！儘管在電磁學中，我們經常會將電和磁分開討論，初次聽說這個結論的人可能會有些不適應。

如何證明電場和磁場是同一種場呢？

如圖。

a 圖是導線外面有一個運動的負電荷。由於導線內的電流產生環形磁場，環形磁場作用到外邊的運動電荷上使運動電荷偏轉。

但看 b 圖。如果我們站在一個沿負電荷一起運動的參考繫上去看。這個負電荷就是靜止的了。靜止的電荷無法受到磁場的洛倫茲力。那麼要如何解釋粒子的偏轉呢？

答案是，當我們從一個參考系換到另一個參考系時，根據狹義相對論，相對運動方向的長度會縮短為

$L=L_{0} cdotsqrt{1-frac{v^{2}}{c^{2}}} .$

由於導線中傳導電流的電子與組成晶格的金屬原子相對參考系的相對速度不同。使得它們的尺縮效應也不同。於是它們分別尺縮之後導線的正負電荷就不能剛好抵消了。這樣在b圖的參考系下，導線上帶有一個由於相對論效應產生的等效電場 $extbf{E}_{ m{rel}} = extbf{v} imes extbf{B}$ 。計算可以發現這個電場對外邊電荷的作用力與a圖的洛倫茲力一模一樣。

此即電場和磁場的相對性。磁場就是電場的相對論修正！！！

2.為什麼引力場和電磁場那麼相似卻沒被統一起來？

首先，引力波（場）與電磁波（場）的產生機理不同，前者必須是有質量的，後者必須是有電荷的。

其次，引力波經過物體時會發生形變，電磁波則不會；電磁波會被物質吸收和遮擋，引力波則穿過。各種電磁波都能被各種技術透鏡改變方向，引力波則不能。

最後，引力場與電磁場唯一的共性就是二者的傳播速度都是 c。它是大自然物質運動的最快速度，也是沒有靜質量的物質在真空中運動的速度。

感謝@K神

修正問題一的第二個方程是不對的，改為

問題一

前兩個方程就是答案。

答案源自

問題二

未知

答案源自

愛誰誰，反正不是我。

電磁場E,B滿足在不同參考系的變換關係。用電磁場張量的協變性表示。電磁場天生的相對論效應使得在非相對論極限下依然有特定變換關係，這個變換關係可以解決觀者運動和洛倫茲力公式來考察不切割磁感線導體的受力分析的問題。在運動觀者來看，導體確實受洛倫茲力（洛倫茲力公式求得，公式的v是依賴觀者），但又受到由觀者運動引起的等效電場力，而兩者合力為零，與靜止觀者的結論一樣。這裡的非相對論極限的E"=E+vB=vB。參考梁燦彬電磁學教學視頻（百度搜索）。

電場磁場統一為電磁場

由麥克斯韋方程組描述

電磁場引力場統一為高維引力場

由KK理論描述但涉及額外維緊化問題

粒子模型引力場統一為超引力超弦等等

涉及緊化，超對稱各種問題

洛倫茲變換