什么是高斯定理?

王朝干货·作者佚名  2011-12-01  
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1799年,高斯证明了一个重要的定理:任何一元代数方程都有一个根,这一结果数学上称为“代数基本定理”,也被称做“高斯定理”。

关于高斯定理,最形象化的解释是:你把每个正点电荷想像成蒲公英的中心点,电场线想像那些毛,不过这时候毛要无限沿长到无穷远或者中止于另一个“负”的薄公英(对应负电荷),然后每个蒲公英发出的毛的数量与对应的电荷成正比。

好了,然后你任意做一个闭曲面看看有什么结果,如果闭曲面包含的体积中没有蒲公英,那么穿进来任意一根毛都会在另外的地方穿出去。如果曲面内有电荷,那得分三种情况:

如果只有正电荷,那么你会发现有很多毛穿出曲面,并且再也没有穿回来,其量与电荷成正比。但没有穿进来就不出去的毛。而如果曲面外面有电荷的话,则可能存在一些毛穿进来并穿穿出去(但也可能没有!)。

如果负只有电荷,那么你会发现有很多毛穿进曲面,并且结束于“负”蒲公英,其量与电荷成正比。但没有穿出去就不回来的毛。像前面一样,如果曲面外面有电荷的话,则可能存在一些毛穿进来并穿穿出去(但也可能没有!)。

如果即有正电荷电有负电荷,那就复杂了,即可能有从外面穿进来中止于负电荷的,又可能有穿出去就不回来的毛。有些则从曲面内的正电荷穿出,穿出曲面,又穿回来,中止于曲面内的负电荷;有些则从正电荷发出没有穿出曲面就中止于曲面内的负电荷。像前面一样,如果曲面外面有电荷的话,则可能存在一些毛穿进来并穿穿出去(但也可能没有!)。

但任何情况下,穿出去与穿出来的毛数之差,总正比于曲面电荷代数和,如果你细分到最小电荷话,可以说成正比于正蒲公英减去负蒲公英数——这就是静电场的高斯定理!!!这是不是很显然啊?

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