电磁是时空自身的一种特性

　　幻想一下，假如咱们咱们可以运用强电磁场来操控时空的部分特性，这或许对科学和工程学发生重要的影响。

　　电磁一直是一种奇妙的现象。在19世纪，学者们以为电磁波必须在某种难以捉摸的介质中传达，这种介质被称为以太（aether）。之后，以太假说被摒弃。直到今日，电磁学的经典理论也没有为咱们明晰回答介质电场和磁场如安在真空中传达。另一方面，人们对万有引力理论适当了解。广义相对论解说说，能量和质量说明晰时空怎么曲折，时空说明晰质量怎么移动。许多闻名的数学物理学家企图直接将电磁理解为广义相对论的成果。出色的数学家Hermann Weyl在这方面提出了特别风趣的理论。塞尔维亚发明家Nikola Tesla以为电磁本质上包含了咱们国际中的全部。那么，电磁学和万有引力之间的相互关系是什么呢？咱们为这个谜题供给了一种或许的解说。

　　麦克斯韦方程组（Maxwells equations）是一组要害的描绘经典电磁学的线性偏微分方程。这些方程组将电磁场与电流和电荷联络起来。另一方面，在广义相对论中，爱因斯坦场方程（Einstein field equation）是一组非线性偏微分方程，它描绘了在特定的条件（比方时空的质量密度）下，时空的衡量是怎么演化的。假如以正确的办法看待，这两个方程终究都是二阶的。

　　因而，咱们以为或许它们是相同的操控方程，它可以一起描绘电磁和引力。事实上，麦克斯韦方程组明显隐藏在描绘广义相对论的爱因斯坦场方程中。时空的衡量张量（Metric tensor）告知咱们长度是如安在时空中被确认的，衡量张量因而也决议了时空的曲率特征。曲率是咱们所感觉到的“力”。此外，能量和曲率经过爱因斯坦场方程相互相关。测验粒子遵从所谓的测地线（geodesics），即时空中最短的途径。

　　当咱们假定磁四维势（four-potential of electromagnetism）直接决议时空的衡量特点时，广义相对论和电磁学之间的联络就变得明晰了。尤其是咱们的研讨显现，电磁学是时空自身的固有特点。在某种程度上，时空自身便是以太。电场和磁场代表了时空结构中的某些部分张力或歪曲。咱们的研讨标明，电动力学的拉格朗日函数（the Lagrangian of electrodynamics）仅仅广义相对论的爱因斯坦-希尔伯特作用量（Einstein-Hilbert action）；它指出，麦克斯韦电磁方程组是时空衡量充沛平整的一个最佳条件。由于爱因斯坦的广义相对论提出的衡量在某种程度上是最优的，电磁隐藏在广义相对论的非线性微分方程中。另一方面，这意味着广义相对论是一种非线性电磁学的广义化理论。

　　闻名的物理学家John Wheeler提出，一切的物质国际都是由时空的几许结构构成。咱们的研讨有力地支撑了这种自然哲学。这意味着物质国际总是和时空的一些几许结构相对应。时空中的张力表现为电场和磁场。此外，电荷与时空的某些可压缩性有关。电流好像是一个从头平衡的物体，它传输电荷，以坚持时空流形的里奇平整（Ricci-flat）。这在美学上是令人愉悦的，由于大自然好像寻求调和、高效和简略。

　　虽然咱们的理论标明，麦克斯韦方程组是时空成为里奇平整的一个条件，但电磁场好像的确导致了时空中的特别曲率。相关曲率在微分几许中被称为外尔曲率（Weyl curvature）。时空中的外尔曲率是时空的部分曲折，在这种办法下部分的体积得以保存。它是一种特别的时空拉伸和曲折。

　　咱们以为，对这一课题的实证研讨十分重要，即在存在强电磁场时，丈量时空的部分曲率。人们或许可以正常的运用超导线圈和激光等来丈量时空结构中的任何误差。例如，对时空的人为修正或许对工程范畴有广泛的长处。值得一提的是，咱们的办法具有简略的长处，不需要额定的维度、改变张量、非对称衡量张量等等。

　　简介：Jussi Lindgren正在芬兰埃斯波的阿尔托大学完结他的博士学位。Jukka Liukkonen具有应用物理学博士学位，他在芬兰赫尔辛基的核与辐射安全局全职作业。