2.9 磁场和电磁力的外观

目录 ／ 附录-3.《第2季：微观粒子》短视频草稿 (V5.2)

磁场和电磁力到底长什么样子呢。上一集我们说过，电荷会在能量海里刻出两种形态，一种是整体往里收的纹理，也就是负电，一种是整体往外撑的纹理，也就是正电。这些长期被拉直的纹理，就像在海面上拉出一根根笔直的水纹，这一大片有方向的直纹理，就是电场的外观。

但故事到这里还没完。只看直纹理，只看静止的电荷，你最多只能看懂电场。真正精彩的地方，是当带电粒子开始动起来，能量海就不再只留下直纹理了，它会多出一种完全不同的纹理，就是圈纹理。

先把能量海想成一大块平静的水面。一个静止不动的带电粒子，会在周围刻出一条条以它为中心的直皱褶，就像有人在水面按住一个点，水纹一圈圈往里或者往外排。这就是电场的画面。而当这个粒子动起来，就好像一条小船开始划过湖面，刚才还整整齐齐的水纹，会被它从身后拖弯，直线被拖成弧线，弧线继续卷成一圈圈回头的小环。

这些绕着某个方向打圈的纹理，就是磁场。它不是书上画出来的箭头，也不是什么看不见的铁线，而是一条条绕着一条线圈起来的纹理路。你可以想象在水里放了一根看不见的棍子，周围的水流绕着这根棍子打转，这种绕线打圈的节奏，就是磁场在能量海里的真实样子。

那磁场力又是什么呢。想象你正在往前走，脚下原本是平静的水面，突然踩进一股侧着打圈的水流。你每迈出一步，脚下就会被轻轻往旁边扭一下。你不是被谁拉，也不是被谁推，而是你的脚正好踩在一块在侧向旋转的地方，你就会自然走出一个弯。这就是磁场力的外观，它专门对准那些正在运动的带电粒子，从侧面轻轻拐一下，让它们开始转弯。

这样一对比就很清楚了。电场负责直推直拉，让带电粒子顺着直纹理往前滑。磁场负责侧拐侧转，让带电粒子在原本的路径上不断被拧向一边。两种纹理的外观，一个是直，一个是圈，作用方式完全不同，但都只是能量海中不同方向的纹路。

现在到了最漂亮的一幕，电磁场到底是什么。当一个带电粒子既带电又在动，它周围刻出的纹理就不再是简单的直纹理，也不只是纯粹的圈纹理，而是两者叠加在一起。你可以想象你一只手拉直一根绳子，让它指向前方，另一只手同时让绳子自己转起来。绳子既被拉直，又在绕着轴旋转，你最终看到的会是一条朝前推进的螺旋纹理。

这条一直往前走的螺旋，就是电磁场在能量海里的形态。教科书里画的电磁波，通常是几条上下起伏的曲线和一些箭头。放到能量丝理论里，它更像是一条沿着海面一路前进的螺旋细纹，直纹理和圈纹理一同向前卷，像一根向远方射出的旋转光丝。

所以可以这样总结。电场是直纹理，是把能量海往里拉或者往外撑之后，形成的一根根整齐水纹。磁场是圈纹理，是在带电粒子移动时，被拖成一圈圈绕线的回卷水流。电磁场是直纹理和圈纹理叠在一起，变成沿着某个方向前进的螺旋纹理。

当一个带电粒子掉进这样的电磁场里，它就会一边被直纹理拉向某个方向，一边被圈纹理从侧面拐向另一边。它的轨迹瞬间会变成弧线、螺旋，甚至在强场中变成一条条漂亮的光丝轨道。你看到电子在磁铁附近绕圈，看到极光像丝带一样在天空中被拉长和扭转，看到宇宙喷流像一支支旋转的光箭从黑洞附近喷出，本质上都在演同一件事。

那就是电场在拉直海，磁场在绕圈搅，两者叠加在一起，就成了螺旋的电磁纹理。电场和磁场本质上都是最基础的静态纹理，只是方向和形态不同。而从下一集开始，我们会进入更进阶的内容，也就是更复杂的动态旋向纹理，这些是搞懂原子、分子，甚至宏观物质如何稳定存在的关键耦合力。

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