真空介电常数(光速与真空介电常数和真空磁导率的关系)光速与介电常数和磁导率的关系

——灵遁者

介电常数和磁导率这几个字你一定在我的科普书上看过好几遍，或者你老师也提过。但对于这两个字，其实科普内容还是课本涉及的比较少。网上关于这两个概念的介绍并不多。但我觉得这两个字的概念很重要。尤其是光速。

我在第44章《爱因斯坦如何创立狭义相对论和广义相对论》中解释了光速。因为光速不变原理是爱因斯坦相对论的基础，所以我们要深入讨论这个问题。众所周知，光学理论的研究和发展对现代物理学的每一个发展都有着深远的影响。所以这一章可以看作是对光速的进一步解释和理解。要解释清楚光速和光速的本质，离不开我上面提到的两个概念。

在这里，我们从第44章中拿出一个问题，再问一遍:如何理解光速不变的原理？

对光速不变原理的理解。再看:光速不变原理是指真空中的光速对任何观察者来说都是一样的。不要盯着光速，看基本面。

比如我问你:目前光速确定为299，792，458米每秒。如果100年后，光速的测量变成每秒299792458.001米，你会说爱因斯坦的相对论是错误的吗？

显然，就原则而言，没有错。即使过了100年，光速的测量变成了299792458.001，爱因斯坦的相对论仍然是正确的。因为对于任何一个观察者来说，光速都是同一个值，光速是不变的。光速不变的原理是有效的。很多同学普遍被光速的价值所吸引，那就是放弃基础，追求终点。

第44章明确说了光速的本质:光速[true 空]是时间空束缚态，光速的定值是由时间空引起的。也就是当空告诉物质如何运动时，这个运动就包含了它运动的快慢。光是物质，自然遵循时间空定律。即光速与时间空性质直接相关。

更具体地说，真空磁导率和真空介电常数、引力场共同决定光速。女士们先生们，这就引出了我们要介绍的两个概念。

先说渗透率和真空渗透率。磁导率是表征磁介质磁性的物理量。它表示当电流流过线圈in 空或磁芯/公式=B/H，其中H为磁场强度，B为磁感应强度，是介质的磁导率，或绝对磁导率。一般采用磁介质的相对磁导率ur，定义为磁导率与真空磁导率0之比，即ur=/0。相对磁导率ur与磁化率的关系为ur =1+ xm。磁导率、相对磁导率ur和磁化率xm都是描述磁介质磁性的物理量。

真空渗透率自然是真空条件下的渗透率。True 空磁导率是常数，也可以定义为基本不变量，是true 空中麦克斯韦方程组出现的常数之一。在经典力学中，自由空是电磁理论中的一个概念，对应于理论上完美的真值空，有时被称为“自由空中间真值空”或“经典真值空”。

常用符号0由公式F=0I2h/2a定义，公式F为真空中两个等通过电流的无限平行细导线间相互作用力的公式，其中I为导线中的电流强度，A为平行导线间的距离，F为长度为H的导线上施加的力，0为真空磁导率，其值为0 =在高斯单位制(CGS)中，真空磁导率为无量纲数，值为1。

真空磁导率0和真空介电常数

而光速c的关系是:

无限载流直导线到导线r的距离:

。

其中，

是真空渗透率。r是从点到直线距离。

先介绍一下真空介电常数的概念，不用分析。当介质被施加电场时，会产生感应电荷，减弱电场。介质中电场减少量与原始施加电场的比值(true 空)是相对介电常数或介电常数，也称为介电常数，与频率有关。如果将具有高介电常数的材料置于电场中，电场强度将在电介质中显著下降。理想导体的相对介电常数是无限的。根据物质的介电常数，可以判断高分子材料的极性。一般相对介电常数大于3.6的物质为极性物质；相对介电常数在2.8~3.6范围内的物质为弱极性物质；相对介电常数小于2.8是一种非极性物质。

这里提到的极性与电荷分布有关。在化学中，极性是指共价键或共价分子中电荷分布的不均匀性。如果电荷分布不均匀，则该键或分子称为极性；如果是均匀的，就叫非极性。物理上，一般认为极性是指物体在相反的部分或方向上表现出相反的固有性质或力。物质的一些物理性质(如溶解度、熔点和沸点等。)都与分子的极性有关。

介电常数，也称为介电常数或相对介电常数，是表征电介质或绝缘材料电性能的重要数据，常用来表示。它是指在同一电容器中，用同一种物质作为电介质时的电容与真空的比值，表示电介质在电场中储存静电能量的相对能力。空气体和CS2的值分别约为1.0006和2.6，而水的值更高，在10℃时为83.83。

因此，介电常数是衡量一种物质相对于真空增加电容器电容的能力。介电常数随着分子偶极矩和极化率的增加而增加。在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它代表了溶剂溶解溶质分子和分离离子的能力。介电常数大的溶剂具有很强的离子隔离能力和很强的溶剂化能。

介电常数是指物质保留电荷的能力，损耗因子是指由于物质的分散程度而造成的能量损失量。理想物质的两个参数值很小。真空介电常数，也称为真空介电常数，或电常数，是一种常见的电磁物理常数，符号为0。上面已经提到了这一点。在国际单位制中，真空介电常数的值为:0=8。85418781710F/ m(近似值)。

真实空介电常数是物理量测量中引入的常数(主要是库仑定律中电荷的测量)。根据麦克斯韦方程组，我们可以推导出真实空介电常数与其他物理常数之间的关系:

。其中，c为光波在真空中传播的速度，u0为真空磁导率。以上公式可作为真空介电常数的定义。

在这里，让我告诉你一些事情。看到上面很多公式不要头疼。其实对于科普来说，我们要找的是概念之间的关系。但作为一项研究，有必要进行推导并保持谨慎。我说我不是一个受过专业训练的人，所以我尽量按照我的理解用通俗的方式告诉你。本文的公式不是自己推导出来的，而是在百度或者其他资料中找到的，为了让大家明白这些关系中的概念是相关的。

让我用外行人的话谈谈我的想法。为什么光速与真空磁导率和真空介电常数有关？是光电磁波，这是公认的。而真空磁导率和介电常数与电磁性质和电荷有关，怎么可能与光速无关呢？

我们现在定义的光速的测量值是在真空条件下得到的，所以磁导率和介电常数也必须有真空条件才能一致和散漫。

麦克斯韦是第一个提到光是电磁波的人。他总结了从库仑定律到安培、高斯、法拉第等人的所有电磁理论成果。在此基础上，他扩展和发展了以自己名字命名的方程，即麦克斯韦方程，主要包括四个方程，然后又增加了三个描述介质的方程，共计七个方程。通过求解这个方程组的具体解，可以得到电磁波在某种介质中的传播速度。发现电磁波在实数空中的传播速度与光在实数空中的传播速度重合，进而确定光是电磁波。

根据公式:

得到的光速值为2.9979108 m*s，与光速测量值非常接近。在1983年国际计量会议通过的true 空中，光速的值为2.9979245810 8 m * s. C为光速；介电常数为真空= 8.8541878210(-10)f/m；U0为真空磁导率= 410 (-7) n/a 2。因此，这个数学表达式是从麦克斯韦电磁方程推导出来的。

虽然光速在真空中是一个恒定值，但真空磁导率和真空介电常数也是恒定值。它们都有一定的“恒常性”，这也是光速不变原理的原因之一。真空磁导率和真空介电常数与时间空背景有关，所以综合考虑，可以大胆地找出为什么光速是光速，为什么光速不能被超越。

原因是光速是由于时间空，光速不变有时是空受背景限制。但是光速是无法超越的，所以可以认为是时间空束缚态。物体的能量不能撼动整个小时空，所以物体的速度不能超过光速。

所以我在第44章写了关于光的本质:光速[true 空]是时间空束缚态，光速不变是由时间空引起的。也就是当空告诉物质如何运动时，这个运动就包含了它运动的快慢。光是物质，自然遵循时间空定律。

这句话是这样理解的。我不知道你读前44章的时候是怎么理解的。所以你可以大胆断定，如果宇宙的性质和环境发生变化，光速的值自然会波动。因此，光速的增加或减少不能证明爱因斯坦的光速不变理论是错误的。

我在那一章举了一个理解的例子。我们再来看看。我们知道，河道宽的地方，河水流得慢；河道狭窄的地方，河水流速更快。同样的河水量，我让河道狭窄的地方比以前窄了100万亿分之一米。这么窄的地方，河水的流速会变吗？理论上有变化，但实践呢？其实是没有变化的，因为这么小的变化，至少是人类无法衡量的。

光速有测量值和定义值。但众所周知，它不是一个绝对的固定值，小数点后有多少个数字我们也不知道。这可以解释为宇宙背景的“弹性”。你会发现物理常数很多，不是绝对的固定值，所以这不是偶然的。我有一章列出了很多常数。我相信你已经看到了。很多人可能会觉得我加这一章是为了得到字数。实际上，还没有。这一章我想了很久。我把这些数字都列了一个清单，试着找关系，看能不能找到一些共性，但是没有找到。当然，我的算法很简单，这是能力的限制。如果你看到了，你有了一个新的方法，也许你可以计算出宇宙的“弹性系数”。

还有一个想法，我给你一点。因为在我们否定了以太之后，就没有人再去思考这个介质是光传播还是引力传播所需要的了。各位，这样想。否认以太是没有问题的，以太是人类的进步，有实验做支撑。

光波不能理解为声波。声波是由振动空气体引起的，而光波不是。光波和电磁波是由磁场激发的。我们现在说的，光不需要任何媒介传播，这其实是不可想象的。

我写这本书只是为了告诉你。当我们创造一个理论时，我们应该首先考虑它。想象这句话很重要。光不需要任何媒介传播。事实上，你无法想象世界上没有媒介。世界上没有任何东西处于这种状态，这是你实际无法想象的。如果世界上什么都没有，就没有世界。这个逻辑没有错。

正如我所说，没有玻璃，光就不能在玻璃中传播。况且没有绝对的真理空。因此，光必须在介质中传播，不同介质中传播速度不同。true 空中的常量。媒体传播和通过媒体传播是两个概念。让我们继续往下看。

宇宙中充满了各种场，因此可以认为光传播的媒介是“场”。同样，引力的传播不需要介质，但引力必须穿透这些宇宙“场”，才能把物体和质量联系起来。这样想，可以想象，一点也不破坏目前的理论框架。只是在表达上，需要修改。

根据我们现在的教材，甚至可以这样理解。是电磁场的激发。其磁力线的延伸理论上是无限的。这就是我们所了解到的，即在某种程度上，领域的延伸也是无限的。因此，电磁波以各种电磁场为介质传播。你可以看看现在课本上电磁波的定义，就很容易理解了。电磁波是在空范围内由同相且相互垂直的电场和磁场产生的振荡粒子波。它是以波粒二象性形式传播的电磁场。因此，可以说电磁波是自己传播的。引力，引力波也可以通过引力场传播。因为没有什么东西的传播是不可想象的。这种与世界存在方式的矛盾是两个概念。什么都没有，只是世界不存在。世界存在的方式是矛盾的，这意味着我们对世界的解释一定存在一些不一致。正如哥德尔的不完全定理所揭示的。

充其量是以自身为媒介传播是矛盾的。但它是可以想象的，有理论基础。现代物理学是以西方人的思维为基础的。他们的“排斥”思维很好，但并不总是好的。

这是我想给大家指出的一点。当你做研究时，你认为什么是真正重要的。尤其是当你长期进行一个理论和实验的时候，你要思考我是否应该走一条不同的路，看看是否能行得通。

这一章实际上到此结束。但是，在百科上看到一个关于真空介电常数与真空背景周期关系的推理。我个人浏览了一下，觉得不错。这也是大家理解真空介电常数与真空背景有关的证据。数学能力强的可以看下图。

百科节选:值得一提的是，t =8.81 10秒刚好在数值上近似等于真空介电常数0。这两个量有什么关系？为了说明这个问题，这里假设真空中有两个电量相同(电量为E)的点电荷相互作用，相互作用势能为:

。如果单个电荷以周期t循环运动，电流强度为I = e/t，根据实验结果，电阻的表达式可以写成:

。其中是电阻率，l是介质的长度，s是介质的横截面积，电流的方向垂直于横截面。对于两点电荷，虽然它们是“静止的”，但在“真空背景温度”的影响下，它们也在做轻微的热运动。这个运动可以看作是简谐运动，运动方向在两点电荷之间，周期为(即前面提到的“真/[k0/]背景周期”)。移动电荷对应的电流可以看作位移电流，使两个电荷之间的电场周期性变化，变化周期也是t，由于位移电流的本质是变化的电场，e/t可以用数值表示电流在空之间的分布，电流方向垂直于半径为R的球体，其中截面积为s =4r2。

由于系统处于真空状态，电阻率很高(相对于导体)，但电子的运动是自由的，两点电荷之间的电阻为

。

一个电荷相对于另一个电荷的电势。

，相应的电势能量是

。势能表达式对比表明，0= t/p，表明真空介电常数0与真空背景周期成正比。假设电阻率为1，则真空背景周期和真空介电常数的值完全相等。可用:

。

上述公式表明，真空背景温度与真空介电常数成反比。这一结果也表明，真实空环境与宇宙背景直接相关。虽然用e/t表示位移电流的空分布并不严格，但足以说明真空介电常数的测量值与宇宙背景温度密切相关。

从上面的推理可以看出，如果这个推理是可靠的，因为作者也说过，用e/t表示的位移电流在空之间的分布并不严格。如果是可靠的，那么按照现在的天文理论，在BIGBANG之后，宇宙中的背景温度空一定是在下降的，那么真空介电常数就是成反比的，也就是在上升。这是个巧合。我不知道你有没有注意到。它是一种光学电磁波。电磁波是在空同相且相互垂直的电场和磁场之间导出并发射的振荡粒子波。它是以波的形式传播的电磁场。介电常数和磁导率分别与电场和磁场相反。所以一点也不不幸。

各位，好好想想。我再给你留一个问题。因为它涉及频率和周期，但没有指出，那么就会涉及时间和同时性的概念。这两个概念在物理学中很重要，但并不明确。你怎么想呢?其实这两个问题我想了很多。第四十四章有描述和解释。大家应该都注意到了。

今天的分享就到这里。有时候读这些东西可能根本改变不了你的生活。但是人们活着只是为了了解和体验更多。如果你走得更远，你就能看得更远。有些没用的东西不是没用，而是我们没用。祝你学习愉快，生活愉快。