當代物理批判（七十六）

           ——歷史的反思

劉文旺

物理學是一門嚴謹?shù)膶嶒灴茖W，它是建立在實驗基礎上，正確地使用數(shù)學描述的哲學語言。在經典物理的發(fā)展過程中，實驗和數(shù)學起到舉足輕重的作用。

但是，現(xiàn)代的物理學的發(fā)展，出現(xiàn)了對這兩個事實的背離。一方面，面對實驗事實不理不睬：例如光速也是一個矢量，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。但是，大喊光速不變的人大有人在；面對劉武青先生的能量增加而質量減少的實驗事實不顧，義無反顧地承認質能方程，義無反顧地吹捧相對論。

另一方面，數(shù)學逐漸占領了物理學晴朗的天空，一些人天天沐浴在數(shù)學中，建立各種可能的數(shù)學模型來闡述實驗事實。結果，一錯再錯。

相對論的出現(xiàn)已經百年了，我們該覺醒了！

我們知道牛頓在他的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中，嚴格定義了質量、動量、慣性、向心力?？偨Y了其發(fā)現(xiàn)的機械運動三定律（牛一、牛二、牛三定律）。闡述了力的合成分解、運動疊加原理、動量守恒定律、相對性原理等。他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。在牛頓之后，物理學逐漸確立了三大守恒原理：質心運動守恒原理、動量矩守恒原理和活力（動能）守恒原理。同時，從虛功原理、最小作用原理出發(fā)，逐漸誕生了變分方法，并確定了分析力學的理論體系。

在熱學方面，1842年邁爾首先提出能量守恒學說。邁爾認為熱是一種能量，可以與機械能相互轉化。并被焦耳的熱功當量實驗所證實。這樣就建立起了表明能量轉化和守恒的熱力學第一定律、克勞修斯）和開爾文各自獨立地發(fā)現(xiàn)了熱力學第二定律，指出了熱力學過程的不可逆性。1906年，能斯脫根據(jù)低溫下化學反應的許多實驗事實總結出熱力學第三定律，明確指出絕對零度是不能達到的。

早在19世紀后半期，人們開始用統(tǒng)計方法研究由大量分子組成的熱力學系統(tǒng)，推導出理想氣體的壓強公式、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第二定律，建立非理想氣體的狀態(tài)方程。氣體分子運動論使用的幾率統(tǒng)計法，為統(tǒng)計力學奠定了基石。1902年吉布斯提出了系綜理論，建立起經典統(tǒng)計力學的理論體系。

在電磁學方面，1785年，庫侖用扭秤實驗發(fā)現(xiàn)電荷之間相互作用所遵從的定律——庫侖定律、歐姆在1826年用實驗得到了電流定律——歐姆定律、奧斯特在給學生上課時偶然發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，揭開了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的內在聯(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)了電磁感應現(xiàn)象，把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象進一步統(tǒng)一起來。

法拉第是一維自學成才者，但是他的貢獻是顯著的。

他首先提出了場的概念，他堅信，電和磁的作用是電場和磁場起到了這種媒介作用，法拉第數(shù)學不太好，因此，用力線的概念，描述電磁場的相互作用。麥克斯韋在此基礎上，指出變化的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場，他還引入位移電流的概念，認為位移電流與電流一樣在周圍空間激發(fā)渦旋磁場。與法拉第相反，麥克斯韋的數(shù)學很好，于1865年提出了電磁場的普遍規(guī)律——麥克斯韋方程組，總結、建立了完整的、統(tǒng)一的電磁場理論。麥克斯韋預言的電磁波也于1888年被赫茲通過實驗所證實，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