磁场竟然是电场的相对论效应

我是学电气工程与自动化，以前学电磁场时，就没弄懂磁场、磁力、洛伦兹力是怎么回事。以前我们中学、大学学物理时，书上只说：静止的电荷产生电场，运动的电荷产生磁场。这使我也感觉磁场是电场的一种变形，它与电荷的运动有关。电荷是以光速运动的，所以我要理解磁场是由电场转换来的，还得去学爱因斯坦的相对论，我在网上也查了一些这方面的资料，还看了 费曼物理学讲义 关于磁场与电场关系，但由于我相对论水平有限，没能看懂，而且 费曼物理学讲义 中关于此的解释也很泛，很少。
我想正真理解磁场竟然是电场的相对论效应，但不知该怎样学，学什么书，还有学相对论改用什么课本适合（只有中学物理基础和大学普通物理基础），谁要是能帮我答清楚，磁场怎样来源于电场这一问题，我将还会加分，如果涉及相对论理论，请也仔细说明。
磁场是电场的产生的和相对论关系很大，我在网上下了一篇论文，洛伦兹力的相对论解释，里面就用相对论公式推出洛伦兹力的来源，我想每个人都有在中学学过洛伦兹力，但对于他的来源，中学书上没说，人们只是记住了它的定律，还没真正理解他的产生原因。我想这就必须搞清磁场是电场的产生的和相对论关系。
《电磁学》的课我也上过
我想问的是有谁知道，磁场的本源？？？？？？电场 大家都知道它的来源，来自电荷的电场力。
静止的电荷产生电场 而运动的电荷产生磁场 如果在一个坐标系下一个电荷是静止的 那他将有电场存在，但同时在一个运动的坐标系下，他还表现出磁场，这样看来怎么能说磁场是电场的产生的和相对论关系不大呢？？ 在我看来，磁场与电场将会有很大的关系，就像镜子的两面，正面能反射影像，背面却不能，但不论镜子的背面还是正面，它都是镜子。在这里，我隐约感觉到电场与磁场其实是同一东西，只是我们从不同侧面看，他所表现的不同罢了。
还有一点我要指出，根据现在的理论已经得出的，我们地球上的永磁体产生的磁场其实也来自运动的电子。
电子虽达不到光速，但也很快，很快的物体运动的规律难道不该用相对论理论来研究嘛？？

电场与磁场都是电荷产生的，其大小和方向都与距离电荷的远近有关，也都与电荷的大小有关，所不同的是，磁场还与电荷的运动速度有关。另外，电磁与磁场能够互相产生对方。从三维空间的观点看，两者的最大区别就是是否与速度有关。但从四维时空的观点看就不同了。去学习一下美妙的狭义相对论吧，它会告诉你电磁场是不可分割的一个东西的不同表现而已，没有本质区别，就像一个立方体，你从一个侧面正看过去是一个正方形，转一个角度就变成了两个矩形，再转一个角度还可能是三个菱形。这三种不同的二维图形是表观上的区别，而本质上那只是一个正方体——就一个东西，根本谈不上区别！

简单地说，电力与磁力的统一大致是这样的：在洛仑兹变换下，一个惯性系的静电场，在另一个惯性系看来则是大小与方向都有所改变的静电场加上一个磁场——原本没有的磁场在变换中出现了！静磁场也同样可以变换出电场来。统一的四维电磁场二阶反对称张量共16个分量，但独立分量只有6个，它们就是电场和磁场各自的3个分量。这个张量的“大小”在洛仑兹变换中保持不变，变化的是它的“方向”（因此它的各个分量会改变）。（特别建议你去学习一下四维张量——0阶张量是标量，1阶张量是矢量……m维空间的n阶张量有m^n个分量……——以及张量的基本运算。表述物理的语言是数学，表述相对论的基本数学就是张量。不精通数学而想要精确细致地理解物理，那是不可能的。）

磁常被理解为是由电衍生而来的，这在一定意义上是对的，但要注意衍生是相互的，不是单向的。最好还是站在四维时空的观点上把两者就看成一种东西，当然，对于习惯了三维事物的人来说，这很难，需要较好的想象力和较高的数学水平，而对物理的深入理解自然更是不可或缺。

产生磁场的可以是运动的电荷，也可以是变化的电场，还可以是静止的磁单极子。尽管迄今仍未发现磁单极子，但并没有理论能够完全否定其存在的可能性，相反不少理论的框架内都包含有磁单极子。

磁场其实是时空特性的必然结果，也就是说，只要爱因斯坦的狭义相对论所描述的“尺缩钟慢”效应的时空是真实的（非常多的事实已证明那确实是真的），那么在电力存在的同时就必须伴随着存在磁力。

比如，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'。静系中看，“尺缩”只发生在x轴方向，y轴方向没有，所以，dy=dy'；而“钟慢”则与方向无关，所以，dt=rdt'；所以，u=dy/dt=dy'/rdt'=u'/r，a=……=a'/rr。总之，从纯粹的相对论时空的运动学的观点看，静系中测得的粒子的加速度a只有动系中的a'的1/rr。若取v=0.943c，则r=3，a=a'/9。

再从动力学的观点看同样的问题，假如只有电力F而没有磁力f，那么一定会得出与上段运动学的结果相矛盾的结论。首先得知道动系中的F'与静系中的F是什么关系，这可以从物体的“尺缩效应”的类比中得出定性的结果。动系中的圆球在静系中看是一个在x方向上压扁了的椭球，类似的，动系中各向同性的电力线分布在静系中看来则是在x方向上变得稀疏、在垂直于x方向的平面方向上变得密集——静系中将看到两电荷在连线方向上的电场变强，定量分析给出：F=rF'。质量会随速度而增大——m=rm'，所以，a=F/m=(rF')/(rm')=F'/m'=a'。这与上段中a=a'/rr显然矛盾！而有了磁力f后，那两个粒子间的磁力是相互吸引的，正好可以削弱电力以保证a=a'/rr。定量分析的结果是：(F-f)=(F'-f')/r，a=(F-f)/m=[(F'-f')/r]/(rm')=(F'-f')/rrm'=a'/rr。这与运动学的结论就一致了。

综上所述，完全可以说是相对论的时空观要求磁力必须伴随着电力而存在，反过来，也可以说，宏观低速的世界中普遍存在的磁力正是相对论时空观正确性的一个有力的证明！通常以为，宏观低速的世界里相对论的效应都小得可以忽略，但为什么磁力又那么普遍呢？最根本的一个原因就是电力其实是极其巨大的，磁力作为电力的一个相对论的效应，尽管相对比值仍是十分微小，但绝对值却不算小，以至于我们在日常生活里都可以感受得到。

若q=1C，距离R=1m，则两粒子间的电力F=9*10^9N——90亿牛顿！若v=10m/s（刘翔般的速度），则两粒子间的磁力f=10^-5N——十万分之一牛顿！若v=1km/s（子弹般的速度），则两粒子间的磁力f=0.1N……巨大的电力之所以我们都没有体验，主要就是因为电荷有正负两种，一般物体总是很接近于电中性的状态。

作为一种时空效应，任何其他力也都有类似的“磁力”，但就像磁力往往比电力弱得多一样，本来就很微弱的万有引力（它比电力要弱大约10^40倍！）所对应的“磁力”就更是微乎其微了。不过在极端条件下，比如高速旋转的黑洞附近，你就能感受到类似“磁力”的那种与一般的万有引力不同的力！不论黑洞转动与否，只要质量相同，距离相同，一般所说的万有引力就也会相同，并且力的方向总是通过黑洞的中心。但是广义相对论指出，在旋转的黑洞附近，除了有上述的向心的普通引力以外，还另有一种力是垂直于上述向心引力的，常称之为“旋转黑洞附近的时空被拖曳着一道旋转”，这个力就类似于“磁力”——它不是把你往黑洞的中心拉，而是要拉着你与黑洞一起旋转，尽管你与黑洞之间并没有像你与地球表面存在着的那种摩擦力（这种摩擦力使原本与地面有相对运动的物体最终要相对地面静止）。前两年美国发射升空的那个要验证广义相对论的卫星测量的就是地球的引力的“磁力”部分。

静止的电荷产生静电场；运动的电荷产生电磁场。麦克斯韦方程是描述电磁场的完备形式，它满足洛仑兹不变的条件，也就是说和狭义相对论是一致的。也就是说，在惯性坐标系转换时，电磁场也会发生协变，这个协变关系由麦克斯韦方程和洛仑兹变换可以完全决定。这不能解释为电场产生磁场或是磁场产生电场，因为电磁场本来就是一体的。 磁铁产生的磁场需要很复杂的固体物理理论，是量子力学的磁矩概念，不要和经典力学里面的搞乱了。超导问题里的磁场，应该还没解决，不过肯定也是量子效应。请业余选手不要自寻烦恼。 如果有人发现磁单极子，那就可以证明磁场不一定需要电流产生，这个人也会得nobel奖。不过，想来只有Atlantis的Dr Mckay才有希望，呵呵。

1、相对论的时空观要求磁力必须伴随着电力而存在，反过来，也可以说，宏观低速的世界中普遍存在的磁力正是相对论时空观正确性的一个有力的证明!通常以为，宏观低速的世界里相对论的效应都小得可以忽略，但为什么磁力又那么普遍呢?最根本的一个原因就是电力其实是极其巨大的，磁力作为电力的一个相对论的效应，尽管相对比值仍是十分微小，但绝对值却不算小，以至于我们在日常生活里都可以感受得到。 2、作为一种时空效应，任何其他力也都有类似的“磁力”，但就像磁力往往比电力弱得多一样，本来就很微弱的万有引力(它比电力要弱大约10^40倍!)所对应的“磁力”就更是微乎其微了。不过在极端条件下，比如高速旋转的黑洞附近，你就能感受到类似“磁力”的那种与一般的万有引力不同的力!不论黑洞转动与否，只要质量相同，距离相同，一般所说的万有引力就也会相同，并且力的方向总是通过黑洞的中心。

电磁学里有一章就是讲这个内容的，磁场在麦克斯韦时代被认为是与电场相似的一种场的形式，但是现代物理认为它是一种相对论效应，它是电场的二级小量。运动电荷的作用力有两部分构成（相对论情况下），一部分从形式上看是电场的作用，因此看作电场力，一部分从形式上看是磁场的作用，因此看作磁场力。 所以便认为磁场的产生是一种相对论效应。 一般教科书上认为，洛伦兹力是安培力的微观表达，当然这都是磁场作用的结果，所以跟相对论有关

这里其实要转换一下观念。没有绝对孤立的电场或磁场，它们其实是同一物质的不同方面，电场是电磁场的无旋部分，磁场是电磁场的有旋部分。 这正如没有绝对静止的电荷，在一个参照系中相对静止的电荷，在其它参照系中一般是运动的，所以可以说一个电荷“既是静止的又是运动的”，它所产生的电磁场对不同参照系而言表现不同：对相对静止的参照系只表现出无旋性，即磁场分量为零，只表现出电场；而对相对运动的参照系则不只表现出无旋性，还表现出有旋性，即同时表现出电场和磁场。 电场和磁场是统一的电磁场的不同性质表现形态，静电场只是作为电磁场源的电荷在参照系中相对静止时的特殊表现；当电荷相对参照系运动时，电场的表现更加复杂，磁场部分也呈现出来。 如果要深入了解，可以查阅一下《电动力学》相关书籍或狭义相对论的电磁理论部分。

其实很简单 相对论说：同一个物理现象在每一个参考系中取相同的形式 想象一个电荷 静止参照系下有电场 运动参照系下有磁场 但他们都是同一物理现象 （都是这个电荷对空间的影响） 所以根据相对论可以说磁场是电场的相对论效应 根据这一分析，任何磁场我们都可以用电场来解释： 先有电场，用洛仑兹变换来换个系（相对论的根本假说，等价于同一个物理现象在每一个参考系中取相同的形式这句话），就得出了磁场 为什么不说电场是磁场的相对论效应呢，历史原因和方便性。 什么无旋场，旋度，散度都是场论的东西，说电场是电磁场的无旋部分，磁场是电磁场的有旋部分是对的，但没抓住实质，实质是相对论，洛仑兹变换。 麦克斯韦方程是电磁学的规律，但他不遵守伽利略变换，于是就有了洛仑兹变换，有了它，同一个物理现象在每一个参考系中就能取相同的形式，这就是相对论的根本！！ 费曼物理学讲义第一卷中有几章讲相对论的，讲的巨好，建议一定看下。