电磁与引力作用形式对照（第八版）
王大为国网湖北省电力有限公司中超建设管理公司湖北武汉在我们生活的物质世界里，有四大基本相互作用：电磁相互作用、万有引力、强相互作用和弱相互作用，其中电磁场和引力场、量子场有着极其相似的表现形式，这里谨列出几种场作用的形式对照，以便找出更深层次的联系。
/能量形式能量载体
电场
磁场
（不考虑）（相对论效应）引力场
（考虑）（相对论效应）量子场
1
E?CU22E?
12LI2E?
12mv2E?mc2E?hf???G
?42?c?cc?GCU
I?C
?电?
Q
LI
dUdt?CU
mv
dIdtF?m
dvdtm?m0?能级
c
vdvF4?m0?3cdtP4?Gm?引??
?1cPE引??24??1r1c2?1?
4?Gl场作用力场通量
U?L
c
?G?量?
c3?0?0l?磁?LI?引?4?Gm
场强度
Q
E电??24??0r1
?0?H磁?dl??I
?04?GmE引??24?r4?G
?H量?dl?c?4?G?1?4c
?cG真空常数
注：本文中E代表能量，C代表电容，L代表电感，m代表质量，m0代表静止质量，?代表相对论因子，U代表电压，I代表电流，v代表速度，Q代表电荷量，F代表力，F3代表三维力，F4代表四维力（详细推导见附
??录），P代表动量，P压代表压强，W代表功率，0代表真空介电常数，0代表真空磁导率，?1代表引力介质
常数（引力场中类似电场里真空介电常数的物理常数），?1代表量子场介质常数（量子场中类似磁场里真空磁导率的物理常数），?电代表电场强度通量，?磁代表磁场强度通量，?引代表引力场强度通量，?量代表量子场强度通量，G代表万有引力常数，c代表光速，E电代表电场强度，H磁代表磁场强度，B磁代表磁感应强度，E引代表引力场强度，H量代表量子场强度，B量代表量子场感应强度，r代表空间两个点相互之间的距离，R代表物质拥有的空间半径，f代表频率，?代表角速度，两者关系为??2?f，?代表波长，并有光速c??f和??2?R，
?c5h代表普朗克常数，?代表约化普朗克常数，两者关系为h?2??，Ep?代表普朗克质量所拥有的能量。
G类似于电容量C与真空介电常数?0的关系以及电感量L与真空磁导率?0的关系，引力场也应该存在着对应的常数。由上表中可知引力场常数应为4?G，与真空介电常数?0的物理量单位是（法拉/米）以及真空磁导率?0的物理量单位是（亨利/米）所不同的是引力场常数4?G的物理量单位并不是类似的（千克/米），参照真空介电
c2常数?0和真空磁导率?0与光速c的关系，对应的常数应该是，其物理量单位正好是（千克/米）。对于孤
4?G立球体，电容量C与真空介电常数?0存在着C?4??0R的关系（R是球体半径），那么类似的，对于孤立球体的
c2Rc2c22?R?质量m与对应的常数也应该存在着m?4??的关系，也即Gm?Rc。4?GG4?G这个公式清楚的表明了物质质量与所涵盖空间存在的基本关系，且并不只是臆测，其实际应用如下：由德布罗
hh
意公式可知???，其中p是动量，h是普朗克常数，m是质量，c是光速，?是波长并有??2?R，这里的
pmchhGhGhGRc2?????2?R?m?R即是物质涵盖空间的半径。将关系代入可得23。由于??2?R，故3，mccRcRcRcGhG?GhG
R??即R?，这就是目前人们通过理论推算出来的普朗克长度，宇宙可测量最小长度，33，也即2?cc32?c
2以上推导表明物质在最小物理尺度下满足Gm?Rc关系。该公式同时说明我们在谈到物质质量的时候必须要考虑相对论效应，因为以光子为例，它有波长，但是没有静止质量，只有运动质量，且动量公式p?mc中的m也是指的相对论效应下的质量。
众所周知，在物理学领域如果有什么度量值会是无限小或无限大的话，基本上可以确定这一定是错误的，正如构成大厦的砂石再细微，也不可能是无限小。目前流行的宇宙大爆炸理论基础却是整个宇宙起源于一个空间无限小、质量密度无限大的奇点，相当让人困惑。此外，同样经受住现代物理实验检验的相对论（确定论的产物）与量子力学（不确定论的产物）也天然存在着不可调和的矛盾，相对论适用于宏观尺度而量子力学适用于微观尺度。我们该怎么理解这些现象？既然实验证实这两种理论在各自的领域都是正确的，那么就应该承认它们是正确的理论，也许只是因为我们对时空的特质还不了解所以才会产生困惑。举个例子，我们知道水这种物质在4℃时密度为最大，大于4℃时表现为热胀冷缩，而小于4℃时则表现为热缩冷涨。类似的，宏观尺度与微观尺度的分界点就是普朗克尺度，即普朗克长度、普朗克时间和普朗克质量。对于孤立球体，当物质质量大于普朗克质量mp?
2?c时，物质的G
?GRc2最致密状态（比如黑洞）服从m?关系，此时物质半径R与质量m成正比并大于普朗克长度lp?；若把
c3G?GT
该物质看作一个量子，那么量子的物质波周期小于普朗克时间tp?，一切行为表现为确定的（确定论）。
c52??c5hc
E?E?当物质质量小于普朗克质量（也即物质能量小于p）时，物质能量（量子）服从关系，此时物质
G2?R?GT
波波长??2?R，物质波半径R与能量E成反比，并大于普朗克长度lp?；量子的物质波周期大于普朗克
c32?时间tp?
?G5，一切行为表现为不确定的（不确定论）。cMm4?c2GMmMmc2Mmc2?由万有引力定律F?G2，若令?1?，则有F?G2?22r4?cr4??1r2。由质能方程可知r4?GE1E2?2（式中E1?Mc2，E2?mc2）。因此将万有引力定律延伸，两个能量质量和能量等效，可得Fc?4??1r1E1E2GE1GE22?2关系，也可以写成GF?2?2的形式。物体相互之间具有引力效应，并有Fc?4??1rrcrc1QCUQmcP4?Gm
?2，?，对应的引力场强度通量?引???类似电场强度通量?电?。类似E电?4??0r?0?0?1?1c1P
?2，有别于牛顿力学的是，引力场强度的物理单位并不是人们普遍认为的（米对应的则有引力场强度E引?4??0r21
/秒）而是（秒），这也是引力场中时间变慢效应的深层次原因。
2-1
114?Gc2类似电磁场中?0?0?2，在引力场与量子场里也有?1?1?2的关系。由?1?可知，?1?4。由电
ccc4?G??I212?LI可知（?是磁导率），其单位长度等效电感值L?磁学中单位长度的长直导线蕴含的磁能E?，
8?16?2
?l?故长度为l的长直导线等效电感L?。与之类似，量子场中波长为?的量子可以看作单位长度为D?2R?的
8???1l4?G1?G?4????。另外，量子场中也同物质形态（D是直径），其能量载体是类似电感的物理量48?c8??2?c样存在类似质能方程E
?mc2的关系式，从能量载体m与能级c之间的关系类比可以得到量子场中能级的物理量
2?c42?c3f?c3?2?c??????c?值为E?G?GGG。
类似磁场强度?H磁?dl??I，量子场强度也应该为?H量?dl?c?ll?c?G。量子场中波长为的量子可以
?c2?c2?c2?Ep/??2??2。类看作闭合回路长度为l???2?R的物质形态，因此平均量子场强度H量?c?G?G?似磁感应强度和磁场强度有B磁应该存在B量??0?rH磁的关系（其中?r是相对磁导率），那么量子感应强度和量子场强度也
??1?RH量的关系（其中?R是类似相对磁导率的一个系数），参照电磁学中长直导线单位长度等效
1L11?电感值L?可知?，也就是单位长度电感与磁导率存在一个系数的关系，因此合理推测?R??8?8?，8?8?
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