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练习钳工技术的第二十天,江临重新点开电动力学。
在这片废土的时间在线,如果把前四次轮回的岁月算上,他已经把本科阶段的电动力学硬生生走过了一遍。
麦克斯韦方程组不再陌生,电场、磁场、位移电流、电磁波、边界条件、能量流,这些词也不再只是教材上的黑体字。
他曾在无数个漏风的夜晚,在手写板上推导过它们,能跟得上大部分标准教材的思路,课后基础题也能做个七七八八。
一些经典的标答结论,比如偶极辐射的功率公式,他甚至可以闭着眼睛在脑子里重建。
可这不等于这些知识真正归属于他。
他非常清楚能推导和真长在脑子里之间的巨大鸿沟。
第四次废土最后那张【知识骨架校准表】里,他给电动力学写下的自我判断异常清醒。
【本科入口已过。】
【场图象已成型。】
【复杂边值问题、辐射的反常推导、相对论协变形式,需重修。】
他还记得写下这三行字时的具体情境。
那时候,他已经不再年轻。
长年累月的废土劳作让他的腰椎间盘突出,每逢阴雨天后背就疼得象针扎。
他的眼睛花了,看书必须戴着那副镜腿用胶布缠了好几圈的老花镜。
那台陪着他熬过几十年的旧电子墨水屏阅读器,右下角出现了一大块无法修复的灰色死区,很多排版复杂的PDF大文档,他再也不敢随便打开,生怕一次卡顿就让这台老古董彻底报废。
所以那张表从来都不是什么眩耀进度的胜利清单,而是一张沉甸甸的债务表。
老去的江临,向时间赊借却无力偿还的帐单。
现在,第五次废土刚刚开始,他的身体又回到十八岁。
可记忆没有刷新,那些债,也没有消失。
江临坐在石桌前,把手机支起,播放提前下载好的电动力学课程视频。
文档夹名字没有改。
视频里的教授是个头发花白的老头,板书清楚有力,说话从不绕弯子,全程都没有那种为了活跃课堂气氛而硬插进去的俏皮话。
这种不浪费时间的简约风格,江临很喜欢。
第一节课,不出意外,还是从最基础的静电场开始讲起。
【复核一:高斯定理。】
【要求:不是问自己会不会用公式套题。是问自己能不能在完全不靠教材提示的情况下,在脑子里重建它的物理图象、适用范围,以及最底层的证明骨架。】
高斯定理的标准表述很清淅,穿过任意封闭曲面的电通量,等于曲面内部包围的总电荷量除以ε?。
高中物理里,老师教他们用它来处理球对称的电荷分布。
大学普通物理里,用它来处理无限长带电直线、无限大均匀带电平面、均匀带电球体。套路无非就是找一个高度对称的高斯面,把电场强度 E从积分号里提出来,然后算个面积。
在电动力学里,它摇身一变,变成了麦克斯韦方程组的第一条方程,变成了更大宏伟结构里的一个基石局部。
但江临现在问自己的,根本不是这些做题的套路。
他问的是:它凭什么长成这个样子,宇宙为什么允许这样一个定理存在?
他拿起笔,在草稿纸的中央画了一个小小的黑点,代表一个孤立的点电荷q。
然后,以这个点为圆心,画了两个大小不一的同心圆,代表两个球面。
根据库仑定律,电场强度随距离的平方反比衰减。
而球面的表面积,随着半径的平方增加。
这是一个极度精妙的巧合,或者说,是三维空间的几何必然。
一个场强变小,一个面积变大
通量,也就是穿过球面的总效应,与半径r无关。
他把这个最底层的逻辑写了下来。
接着又在那个点电荷周围,画了一个型状极度不规则的封闭曲面,象一个被揉皱的土豆皮,把点电荷包在里面。
在这个土豆皮上,曲面不再漂亮,法向矢量也不再统一指向径向,局部的电场矢量E和面积元矢量dS之间的夹角变化多端,复杂得根本无法直接进行解析积分。
但高斯定理冷酷地宣告,只要曲面是闭合的,点电荷在内部,不管表面多扭曲,总通量还是那个常量。
他想在纸上写下电场线守恒五个字来解释这个现象。
笔尖刚落到纸上,又停住。
如果是在第四次废土的早期,他一定会非常喜欢这个说法。
电场线从正电荷出发,像刺猬的刺一样射向无尽的空间,穿过包围它的封闭曲面,它们不会在真空中凭空消失,也不会凭空产生。
所以,只要包住了源头,穿出去的线数就一定是恒定
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