在我們生活著的這個 ‘場’ 的世界當中:當用梳子去梳理頭發之后高中物理電磁場的實際性質,梳子能夠把碎紙屑吸起來,這是電場所起到的作用;冰箱門可以牢牢地將磁鐵給吸住,這是磁場所發揮的作用。然而磁場以及電場是看不見的,同時也是摸不著的,那么它們究竟是什么呢?它們是不是如同桌子、空氣那般,屬于 ‘物質’ 的范疇呢?若要解答這個問題,就需要跳出那種 ‘看得見的才屬于物質’ 的日常認知,要從物理學對于 ‘物質’ 的定義以及場的本質方面著手。

開始得先弄明白,電場以及磁場乃是 “電磁場” 的兩種呈現形態,其本質屬于傳遞電磁力的 “場物質”。于物理學范疇內,物質具備過兩種存在形式,其一為 “實物粒子”(像是由原子、分子所構成的桌椅,還有空氣),擁有確定的體積以及質量,其二屬于 “場物質”(例如電場、磁場、引力場),不存在固定的形態,然而卻能夠借助對實物粒子的作用來展現自身的存在。
后者包含電場和磁場起步網校,它們不可見,卻能對帶電粒子,像電子、質子,產生力的作用,還能儲存并傳遞能量,這是判斷它們屬于物質的核心依據 。
先看電場:它是帶電體周圍存在的一種特殊物質。


無論電荷是正電荷還是負電荷,只要存在電荷,其周圍便會激發電場。電場具有這樣的基本性質,即對放入其中的電荷有力的作用。例如,帶正電的玻璃棒其周圍存在著電場,當其把帶負電的小球靠近時,小球會被玻璃棒吸引,而這個吸引力正是由電場傳遞而來的。
重點更為突出的是,電場具備能夠儲存能量的特性:當電容器進行充電操作時,電荷會于極板之上逐漸積累起來,此時極板之間所形成的電場便會將電能予以儲存;而在放電的時候,電場所儲存的能量又會轉變為其他類型的能量(像是燈光所散發出來的光能以及熱能等)。正是這種“既能夠傳遞力,又能夠儲存能量”的獨特性質,有力地證實了電場并非是那種“虛無縹緲”的存在,而是實實在在真實存在著的物質。
當再次去看磁場的時候,會發現它的產生和電荷的運動關聯十分緊密。而這里所說的電荷運動,不管是導線當中的電流,也就是電荷做著定向移動,還是磁鐵內部所言的“分子電流”,即原子內電子進行著運動哪種情況都會引發磁場產生句號。

磁場有著這樣的基本性質,即對放置于其中的磁體或者運動電荷存在力的作用,磁針能夠指示南北方向,原因在于地球磁場針對磁針的磁體施加了力,電動機可以進行轉動,那是由于通電導線在磁場里受到了力的推動;磁場與電場相同,也能夠存儲能量,電磁鐵接通電源時,鐵芯周邊的磁場會貯存磁能,切斷電源時,磁能會轉變成電能或者機械能,比如繼電器的吸合動作;這些現象均表明,磁場和電場一樣,擁有物質的核心屬性。

也許會有人感到疑惑,會問:“場是看不見又摸不著的,那要怎樣去證明它并非‘電荷或者磁體的附屬屬性’呢?”在19世紀的時候,物理學家麥克斯韋憑借理論推導得出了這樣的發現,即:電場與磁場能夠相互激發 ,形成 “電磁波”(就像可見光、無線電波那樣),而電磁波是可以脫離電荷以及磁體的 ,能夠在真空中獨自傳播(光速便是電磁波的傳播速度) 。

這一發現,完完全全地證實了電磁場頗具獨立性這項事實,究竟怎樣的獨立性呢,那便是它根本不需要依附于實物粒子,能夠獨自獨立自在地存在,還能夠獨立去運動著呢。并且呀它完全契合“物質”的含義,全然符合“物質”的定義。就好比我們曬太陽的時候,所感受到的光以及來自太陽的熱,是太陽發射出的電磁波傳遞到地球的高中物理電磁場的實際性質,而這電磁波呢又是電磁場眾多運動形式當中的一種,這實實在在地能作為電磁場作為完全獨立的物質存在的直接證據 。
另外要分辨出一個容易搞錯的地方,那就是不能夠憑借“有沒有質量”去判定場到底是不是物質。實物粒子具備靜止質量,然而電磁場的靜止質量是零,不過這并不會對它的物質屬性產生影響——在物理學里,“能夠跟其他物質相互作用、能夠獨立存在”才是判斷物質的關鍵所在,而不是“有沒有質量”。就好比光子(它是構成光的基本粒子,同時也是電磁場的量子化表現形式)靜止質量為零,可是仍舊能夠被物體吸收、反射,并且還能夠傳遞能量,它是被大家所認可的物質形態 。
綜上所述,那么電場以及磁場是確實真實存在著的 “場物質”,它們屬于電磁場的兩種呈現表現形式,能夠去傳遞電磁力,并且可以儲存以及傳遞能量,同時還能夠脫離電荷以及磁體獨自獨立存在的(就好像是電磁波那樣)。雖說它們是不可以被看見的,然而借助通過對帶電粒子所產生的作用、能量所進行的傳遞,我們是能夠非常清晰地感知察覺到它們的存在的。對于電場和磁場的物質屬性予以理解,這不僅能夠幫助我們讀懂在身邊所發生的電磁現象,更加能夠讓我們意識到這樣一點:物質的形態遠遠超出了 “看得見、摸得著” 的范疇界限,而對于這些無形物質的本質加以探索追尋,恰恰正是物理學不斷突破認知邊界的關鍵所在。
