當(dāng)代物理批判（七十六）

           ——?dú)v史的反思

劉文旺

物理學(xué)是一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)科學(xué)，它是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正確地使用數(shù)學(xué)描述的哲學(xué)語(yǔ)言。在經(jīng)典物理的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)起到舉足輕重的作用。

但是，現(xiàn)代的物理學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)這兩個(gè)事實(shí)的背離。一方面，面對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)不理不睬：例如光速也是一個(gè)矢量，同樣遵守矢量疊加原理，光性差現(xiàn)象的存在，就充分證明了這一點(diǎn)。但是，大喊光速不變的人大有人在；面對(duì)劉武青先生的能量增加而質(zhì)量減少的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不顧，義無(wú)反顧地承認(rèn)質(zhì)能方程，義無(wú)反顧地吹捧相對(duì)論。

另一方面，數(shù)學(xué)逐漸占領(lǐng)了物理學(xué)晴朗的天空，一些人天天沐浴在數(shù)學(xué)中，建立各種可能的數(shù)學(xué)模型來(lái)闡述實(shí)驗(yàn)事實(shí)。結(jié)果，一錯(cuò)再錯(cuò)。

相對(duì)論的出現(xiàn)已經(jīng)百年了，我們?cè)撚X(jué)醒了！

我們知道牛頓在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中，嚴(yán)格定義了質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、向心力。總結(jié)了其發(fā)現(xiàn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律（牛一、牛二、牛三定律）。闡述了力的合成分解、運(yùn)動(dòng)疊加原理、動(dòng)量守恒定律、相對(duì)性原理等。他發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。在牛頓之后，物理學(xué)逐漸確立了三大守恒原理：質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒原理、動(dòng)量矩守恒原理和活力（動(dòng)能）守恒原理。同時(shí)，從虛功原理、最小作用原理出發(fā)，逐漸誕生了變分方法，并確定了分析力學(xué)的理論體系。

在熱學(xué)方面，1842年邁爾首先提出能量守恒學(xué)說(shuō)。邁爾認(rèn)為熱是一種能量，可以與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化。并被焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。這樣就建立起了表明能量轉(zhuǎn)化和守恒的熱力學(xué)第一定律、克勞修斯）和開(kāi)爾文各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律，指出了熱力學(xué)過(guò)程的不可逆性。1906年，能斯脫根據(jù)低溫下化學(xué)反應(yīng)的許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)出熱力學(xué)第三定律，明確指出絕對(duì)零度是不能達(dá)到的。

早在19世紀(jì)后半期，人們開(kāi)始用統(tǒng)計(jì)方法研究由大量分子組成的熱力學(xué)系統(tǒng)，推導(dǎo)出理想氣體的壓強(qiáng)公式、氣態(tài)方程——克拉伯龍方程：pV=nRT等，得出氣體分子速率分布律——麥克斯韋速率分布，從微觀角度解釋熱力學(xué)第二定律，建立非理想氣體的狀態(tài)方程。氣體分子運(yùn)動(dòng)論使用的幾率統(tǒng)計(jì)法，為統(tǒng)計(jì)力學(xué)奠定了基石。1902年吉布斯提出了系綜理論，建立起經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)的理論體系。

在電磁學(xué)方面，1785年，庫(kù)侖用扭秤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電荷之間相互作用所遵從的定律——庫(kù)侖定律、歐姆在1826年用實(shí)驗(yàn)得到了電流定律——?dú)W姆定律、奧斯特在給學(xué)生上課時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭開(kāi)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系、安培得出電流元之間相互作用的規(guī)律、1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象進(jìn)一步統(tǒng)一起來(lái)。

法拉第是一維自學(xué)成才者，但是他的貢獻(xiàn)是顯著的。

他首先提出了場(chǎng)的概念，他堅(jiān)信，電和磁的作用是電場(chǎng)和磁場(chǎng)起到了這種媒介作用，法拉第數(shù)學(xué)不太好，因此，用力線的概念，描述電磁場(chǎng)的相互作用。麥克斯韋在此基礎(chǔ)上，指出變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)渦旋電場(chǎng)，他還引入位移電流的概念，認(rèn)為位移電流與電流一樣在周圍空間激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。與法拉第相反，麥克斯韋的數(shù)學(xué)很好，于1865年提出了電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律——麥克斯韋方程組，總結(jié)、建立了完整的、統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論。麥克斯韋預(yù)言的電磁波也于1888年被赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，這也是電磁波的頻率的單位是赫茲——Hz的原因。

2019年11月17日星期日