真空介电常数（光速与真空介电常数以及真空磁导率的关系）

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两个词，你一定在我的科普书上见过几次，或者你的老师也提到过。但是对于这两个词，其实科普内容或者教材涉及的比较少。网上关于这两个概念的介绍并不多。但是我觉得这两个词的概念很重要。尤其是光速。

我在第44章解释了光速，爱因斯坦是如何创立狭义相对论和广义相对论的。因为光速不变原理是爱因斯坦相对论的基础，所以这个问题不得不深入探讨。而且，众所周知，光学理论的研究和发展对现代物理学的每一次发展都有着深远的影响。所以这一章可以看做是对光速的进一步解释和理解。要解释清楚光速及其本质，离不开我上面提到的两个概念。

这里把第四十四章的一个问题拿出来再问一遍:你是怎么理解光速不变原理的？

对光速不变原理的理解。再看一遍:光速不变原理是指，对任何观察者来说，true 空中的光速都是一样的。不要盯着光速看，要看根。

就像我问你的:光速目前的数值公认为每秒299792458米。如果100年后，光速的测量变成每秒299792458.001米，那么你会说爱因斯坦的相对论是错的吗？

显然，就原理而言，并没有错。即使100年后，当光速测量变成299792458.001，艾尔的相对论仍然是正确的。因为对于任何观察者来说，光速都是这个值，光速是不变的。光速不变原理成立。很多同学普遍被光速的数值所吸引，这是舍本逐末。

第44章明确说了光速的本质:光速[真空]是一个时间空束缚态，光速的定值是由于时间空。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，所以自然遵循时间空定律。即光速与time 空性质直接相关。

更具体的说，是真空磁导率和真空介电常数，引力场共同决定了光速。这就引出了我们要介绍的两个概念。

先说通透和真空通透。磁导率是表征磁介质磁性的物理量。表示在空内的线圈或磁芯空之间流过电流后，磁通的阻力或在磁场中传导磁力线的能力。公式=B/H，其中H为磁场强度，B为磁感应强度，即介质的磁导率，或绝对磁导率。通常使用磁介质的相对磁导率ur，定义为磁导率与真空磁导率0的比值，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、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。真空渗透率是常数，也可以定义为基本不变量。是出现在真空麦克斯韦方程组中的常数之一。在经典力学中，自由空是电磁理论中的一个概念，对应的是理论上完美的真理空，有时称为“真理空”或“经典真理空”之间的自由空。

通常使用符号0，它由公式F=0I2h/2a定义。这个公式是True 空中通过电流相等的两根无限长平行细导线之间的相互作用力公式，其中I是导线中的电流强度，A是平行导线之间的距离，F是长度为h的导线上的力，0称为true 空磁导率，其值为0 = 0。在高斯单位制(CGS)中，真实空渗透率是一个值为1的无量纲数。

真空磁导率0和真空介电常数

和光速c的关系是:

在无限载流直导体外，距导体R的距离为:

。

其中，

是真空渗透率。r是点到直线的距离。

先不分析，再介绍真空介电常数的概念。当电场作用于介质时，会产生感应电荷，使电场减弱。介质中电场的衰减与原始施加电场的比值(true 空)就是相对介电常数或介电常数，也称为感应率，与频率有关。如果将具有高介电常数的材料置于电场中，电介质中的电场强度将显著下降。导体的理想相对介电常数是无穷大。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；它是非极性物质，相对介电常数小于2.8。

这里所说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，这个键或分子就叫极性；如果是均匀的，就叫非极性。物理上一般认为极性是指一个物体在相反的部位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、熔点等。)都与分子的极性有关。

介电常数，又称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，常用表达式表示。它是指用相同物质作电介质时的电容与同一个电容器中的true 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 gas和CS2的值分别约为1.0006和2.6，而水的值更大，在10℃时达到83.83。

因此，介电常数是一种物质相对于true 空增加电容器电容的能力的量度。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，它表示溶剂溶解溶质分子和隔离离子的能力。介电常数大的溶剂分离离子的能力大，溶剂化能强。

介电常数是指物质保持电荷的能力，损耗因子是指物质的分散度所导致的能量损失量。理想物质的两个参数值很小。真空介电常数，又称真空介电常数，或电常数，是常社广为传诵的电磁物理常数，符号为0。这个上面已经提到了。在国际单位制中，真空介电常数的值为:0 = 8。18781710华氏度/平方米(近似值)。

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

。其中c为光波在真空传播的光速，u0为真空磁导率。上述公式可以作为真空介电常数的定义公式。

来，让我告诉你一些事情。看到上面很多公式你也不头疼了。其实对于科普来说，我们要找的是概念之间的关系。但就研究而言，需要推导，需要谨慎。我已经说过我不是专业人士，所以我会根据我的理解尽量通俗的告诉你。文章中的公式不是我自己推导出来的，是我在百度或者其他资料上找到的，让大家明白这些关系中的概念是有关联的。

我先说说我的想法，为什么光速与真空磁导率和真空介电常数有关。众所周知，光是电磁波。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？

我们现在定义的光速的测量值是在真空的条件下得到的，所以磁导率和介电常数也必须有真空的条件才能有一致性和讨论性。

麦克斯韦第一个提到光是电磁波。他总结了从库仑定律到安培、高斯、法拉第等人的电磁理论的全部成果，并在此基础上加以推广和发展，得到了自己命名的方程，即麦克斯韦方程，主要包括四个方程，再加上描述介质的三个方程，共计七个方程。通过求解这个方程组的特解，可以得到电磁波在某种介质中的传播速度。发现电磁波在true 空中的传播速度与光速在true 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，与实测值非常接近。1983年国际计量大会通过的true 空中，光速的数值为2.9979245810 8m * s. C为光速；真空 = 8.8541878210 (-10) f/m的介电常数；u为真空渗透率= 410 (-7) n/a 2。所以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true 空中是固定值，但true 空磁导率和true 空介电常数也是固定值。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，可以大胆得出光速为什么是光速，为什么不能被超越。

原因是光速是由于时间空，光速有时是常数空受背景限制。而光速是无法超越的，所以可以认为是时间空束缚态。一个物体的能量不可能撼动整个时间空，所以物体的速度不可能超过光速。

于是我在第四十四章写了关于光的本质:光速[真空]是一个时间空束缚态，光速的固定是由于时间空。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，所以自然遵循时间空定律。

这句话是这样理解的。不知道你之前看44章是怎么理解的。所以，你可以大胆地断定，如果宇宙的性质和环境发生了变化，光速的数值自然会发生波动。所以光速的增减并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案例。让我们再看一看。我们知道，河道宽的地方，河水流速慢；河道狭窄的地方，河水流速较快。同样量的河水，我把河道变窄的地方，比原来窄了百万分之一米。在那个狭窄的地方，河水的流速有什么变化吗？理论上有变化，但实际上呢？其实没有变化，因为这么细微的变化，至少，是人类无法测量的。

光速有测量值和定义值。但是我们都知道它不是一个绝对值，也不知道小数点后面有多少位。这可以解释为宇宙背景的“弹性”。你会发现有很多物理常数，都不是绝对值，所以不是偶然的。我有一章专门讲了很多常数。我相信你能看到。很多人可能觉得我加这一章是为了凑字数。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表，想找关系，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，这是我能力的限制。如果你看到了，你就有了新方法。也许你可以算出这个宇宙的“弹性系数”。

还有一个想法。让我给你指出来。因为在我们否定了以太之后，没有人在思考光或者引力是否需要介质。伙计们，这样想。否定以太没有问题，以太是人类的进步，是有实验支撑的。

光波也不能理解为声波。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，光可以不通过任何介质传播，其实是不可想象的。

我写这本书就是想告诉你。当我们创造一个理论的时候，我们应该首先思考它。这句话我们能不能想象很重要。光可以不通过任何介质传播。其实你想象不到世界上没有媒介。世界上没有什么东西有这种状态，你实际上无法想象。如果世界上没有东西，就没有世界。这个逻辑没有错。

我说过，没有玻璃，光就无法在玻璃中传播。更何况没有绝对的真理空。所以光必然在介质中传播，不同介质中传播速度不同。true 空中的常数。媒体中的传播和借助媒体的传播是两个概念。继续往下看。

宇宙中充满了各种场，可以认为光的传播介质是“场”。同样，引力不需要介质来传播，但引力必须穿透这些宇宙“场”才能将物体与质量联系起来。这样想，可以想象，而且一点也不损害现在理论的框架。只是在表达方式上，需要修改。

按照我们现在的教材，甚至可以这样理解。是电磁波的激发。理论上，它的磁力线延伸到无限远。这是我们所了解到的，即在某种程度上，场的外延是无限的。因此，电磁波通过各种电磁场传播。你可以看一下现在课本上电磁波的定义，你就更能理解了。电磁波是空之间同相且相互垂直的电场和磁场所衍生和发射的振荡粒子波。它是以波的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。所以可以说电磁波是自己传播的。重力，引力波，也可以通过引力场传播。因为物质的扩散是不可想象的。这和世界存在的方式是矛盾的。是两个概念。没有物质，但世界不存在。世界的存在方式是矛盾的，这意味着我们对世界的解释必然是不一致的。正如哥德尔不完全定理所揭示的。

充其量是矛盾的一面自行蔓延。但这是可以想象的，有理论依据的。现代物理学是以西方人的思维为基础的。他们的“排外”思想是好的，但并不总是好的。

这是我想给你指出的一点。当你在做研究的时候，你认为真正重要的是什么。尤其是当一个理论和实验进行了很久，你要思考我是不是该走另一条路，看看是否行得通。

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和真空背景周期关系的推理。我亲自浏览了一下，觉得不错。这也是大家明白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面。

摘录:值得一提的是，t =8.81 10秒在数值上正好等于true 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:

。如果单个电荷做周期为t的圆周运动，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。对于两个点电荷来说，虽然它们是“静止的”，但是它们受到“真空背景温度”的影响，它们也在做轻微的热运动。这种运动可以看作简谐运动，运动方向在两点电荷之间，周期为(也就是前面提到的“真空背景周期”)。运动电荷对应的电流可以看作是位移电流，它使两个电荷之间的电场作周期性变化，变化的周期为t .由于位移电流的本质是变化的电场，e/t可以用数值表示空之间的电流分布，电流的方向垂直于半径为R的球面，其中截面积为s =4r2。

因为系统在true 空中，电阻率很大(相对于导体)，但是电子的运动是自由的，两点电荷之间的电阻为

。

一种电荷相对于另一种电荷的电势。

，对应的势能为

。对比势能表达式可知，0= t/p，说明真空介电常数0与真空背景周期成正比。如果电阻率=1，真实空背景周期和真实空介电常数在数值上完全相等。可以:

。

上述公式表明，真实空背景温度与真实空介电常数成反比。这个结果也说明了真正的真空环境与宇宙背景直接相关。虽然用e/t来表示位移电流在空之间的分布并不严格，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。

通过上面的推理，可以看出这个推理是否可靠，因为作者也说过，用e/t来表示空之间的位移电流分布并不严格。如果是可靠的，那么按照现在的天文理论，BIGBANG之后，宇宙中的背景温度空一定是在下降的，所以真空介电常数是成反比的，也就是在上升。这是巧合。我想知道你是否注意到了。光是电磁波，是空中同相且相互垂直的电场和磁场发出的振荡粒子波，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。所以根本就是不幸。

大家想想吧。让我留给你另一个问题。因为涉及到频率和周期，但是没有指出来，那么就会涉及到时间和同时的概念。但这两个概念在物理学中很重要，却不明确。你怎么想呢?其实这两个问题我想了很多。在第44章，有描述和解释。大家应该都注意到了。

今天的分享到此结束。有时候读这些东西，可能并不能改变你的人生。但是人活着是为了了解和体验更多。你走得越远，你就能看得越远。有些没用的东西，不是没用，而是我们没用。祝你学习愉快，生活幸福。

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