散度和旋度物理意义
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发布时间:2024-09-17 09:21:07
1 散度和旋度的物理意义
根据之前的分析,我们可以进一步理解散度和旋度。
设空间中有一个封闭区域,内部有一个源(或数个源),以某种方式形成一个矢量场,则这个矢量场对区域边界有两个作用:
- “瞄着”区域边界的作用,造成边界膨胀的效果,就是散度要描述的;
- “切着”区域边界的作用,造成区域自旋的效果,就是旋度要描述的。
如果这个源本身不带有自旋,可能对边界没有“切向”作用,如点电荷产生的电场。如果这个源本身在旋转,则可能对边界起到旋转作用。想象一个水桶,底部有一个漏点,桶里的水流入该漏点并绕着漏点发生旋转。水流场可以认为是一个矢量场。如果围着漏点,放置一根圆形的橡皮筋。则这根橡皮筋一方面受到水流冲击有缩小的趋势,另一方面会顺着涡流的旋转而旋转。这就是散度和旋度。如果这个水桶放在赤道上,则这个漏点不产生旋涡,就相当于一个没有自旋的矢量场。
2 还有没有其他的“度”
从外微分算子考察:
0阶外微分形式的外微分算子运算
一阶外微分形式的外微分算子运算
二阶外微分形式的外微分算子运算
对比发现:
- “0阶外微分形式的外微分算子运算”对应“梯度”;
- “一阶外微分形式的外微分算子运算”对应“旋度”;
- “二阶外微分形式的外微分算子运算”对应“散度”。
从外微分的角度看,三维空间不可能再产生其他的度,因为三阶外微分形式的外微分算子运算为0。或者从数量场和矢量场的相互转换的角度分析:
- “数量场->矢量场”的运算:梯度;
- “矢量场->数量场”的运算:散度;
- “矢量场->矢量场”的运算:旋度;
- “数量场->数量场”的运算:没有这样的运算,或类比三阶外微分形式的外微分算子运算为0,即得到的数量场处处为0。
从两类场的转化角度看,也不可能有其他的度了。
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