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电磁学四大基本定律真实性争议?探索经典理论的挑战与突破

其实电磁学四大基本定律真实性争议?探索经典理论的挑战与突破的问题并不复杂,但是又很多的朋友都不太了解,因此呢,今天小编就来为大家分享电磁学四大基本定律真实性争议?探索经典理论的挑战与突破的一些知识,希望可以帮助到大家,下面我们一起来看看这个问题的分析吧!

我们来看看报道中这个长句:

依据载流导体在磁场中受力这一安培定律和导体切割磁力线产生电动势这一法拉第电磁感应定律开发新型电机的工程完全失败了。

貌似很不好懂的一大堆,意思是什么呢?其实这里牵扯到的是高中阶段的物理知识:经典电动机的基本原理都是安培力定律(注意,不是安培定律),经典发电机的基本原理都是法拉第电磁感应定律。因此,把前述结论总结一下,就是:

依据经典原理开发新型电机的工程完全失败了,所以电磁学经典理论一定有问题。(因为这话是不对的,所以加了删除线)

还没反思技术细节

就挑战经典理论的新闻

科学在每个问题上都追求最简模型。我们中学时代做物理题时,常常假设摩擦力为零、导线电阻为零、滑轮自重为零、真空绝无气体、容器完全隔热、丝线无比坚韧、数值绝对精确、重力场电场磁场完全均匀。这些都是科学世界里的理想模型。

所谓理想模型,现实中当然做不到,真正到了技术应用的时候,就会遇到磨损问题、阻尼问题、能耗问题、散热问题、噪声问题、材料疲劳问题、仪器精度问题等等,达不到理论计算的结果简直太正常。

这时要努力完善设计,消减误差干扰,发起同行评审,而不是随口说什么“我扔出一个小球,动能和势能都大于零,而小球最后停下来了,动能和势能都归于零,所以我推翻了能量守恒定律”。

从日常生活到高端科技,从住宅用电到工业生产,这些电磁学定律及其衍生的各种产品早已得到亿万人的无数次反复验证。如果这时候一个人研发失败,就好比上实验课,周围同学都做得出来,唯独他做不出来,这能说明实验演示的原理有错么?不能,他需要自查自纠,好好看看自己的环境、仪器、材料、步骤出了什么问题。

回到这次的事件,就算依据经典原理开发新型电机的工程完全失败了。那么也应该先去检查“新型”新在哪里,改了什么,可能有哪些影响因素,其他人为什么能做出来,而不是先去质疑原理。

即便是资深内行人,以严谨的态度做实验,都难免出现各种意想不到的技术问题,甚至闹出乌龙。以 2011 年的 OPERA 实验为例,这次实验疑似发现中微子超光速,似乎对狭义相对论提出了严峻挑战。由于确实是专业人员操作精密设备,并进行了基本的验证,加上当时对中微子的了解太少,因此科学界严肃地考察了此次发现,可惜最终更细致的调查却发现是设备中一处光缆连接松动造成了通信延迟,结果两位团队领导者引咎辞职。

图片来自微博

不要轻信颠覆

成熟经典的新闻

经典理论之所以成为经典,是因为经历了无数人的严厉审视和周密补全。我们以引力为例来说明这一点。

最初,亚里士多德(他是真实存在的)论证出大地是一个球体,并且地球位于宇宙中心,土元素和水元素有向宇宙中心聚拢的趋势,所以在每个位置,都以地心为“下方”。这样住在另一面的人不会掉出去。在当时的认知水平下,亚老师的理论能够解释已知事实。所以,在“地球是宇宙中心”的公设下,他的朴素重力理论存活了很久,并且地圆说还在麦哲伦船队这里得到了验证。

但是开普勒定律确认了日心说,推翻了地心公设,所以“另一面的人为何不会掉出去”又成了问题,但牛顿的万有引力定律很快补全了这块拼图。

万有引力定律能轻松解释水金地火木土六大行星的运行周期和开普勒总结的椭圆轨道——如果再有一颗新行星来验证它就更好了。天王星就提供了这样的验证机会。

在对天王星的观测过程中,人们一边感叹牛顿引力理论的正确性,一边又发现天王星运行得有点不太符合预期。但如果坚持引力理论,就得承认天王星外还有一颗未发现的大行星。好在,天文学家按照预测结果去寻找,果然找到了海王星。这是万有引力理论的辉煌胜利,也是科学方法的辉煌胜利。

而天文观测还发现,木卫进出木星阴影的时间,会随着木星远离地球而逐渐滞后。如果坚持引力理论,就可以推断“光速有限”,定量计算光速,与基于麦克斯韦方程推算(又是另一个故事)的电磁波速度对照,猜想出“光是一种电磁波”。

至此我们可以体会到,牛顿的万有引力定律能够解释已知事实、能够得到验证、能够作出预测,这是科学方法和一拍脑袋的重大区别。它甚至跨界到电磁学获得成功,到了这一步,再想挑战牛顿万有引力定律就很艰难了。可想而知,爱因斯坦提出广义相对论,重塑对引力本质的认知,是多么不易。

而广义相对论不但兼容牛顿引力理论对普通物体的定量计算,还能成功解释水星近日点进动问题(牛顿引力理论难以解释的一个痛点)。它还预测了光线弯折、时间延缓、黑洞和引力波现象,并逐一得到证实。但即便如此,我们也不能简单地说广义相对论“推翻”了牛顿关于引力的理论,只能说广义相对论比牛顿的引力理论更加精确,且对引力的描述更加本质。

图片来自新华社视频截图

因此,经典长久屹立,有牢靠的理由,并且一代站得比一代稳。所以我们说,对“颠覆经典”的报道不要轻信。

不要轻信

只破不立和自创术语的新闻

有很多“新发现”只宣称推翻了某某理论,却不提出新的观点。比如开头提到的那种——既然颠覆了电磁学,那么请问你的替代理论是?使用经典理论开发失败,那么使用你自创的新理论成功了吗?如何让大家认为你的证伪可信呢?如果没有下文,这种新闻就不能轻信。

还有一些“科学家”热衷于自创体系,发明术语。术语的概念十分含糊跳跃,与其说他是在研究科学,还不如说是在研究语言学、哲学乃至玄学。如果连 “质量”“长度”“时间”这些基础概念乃至数学工具都无法取得稳定共识,那就失去了交流基础。

结语

前面说的这些,用词都是“不要轻信”,而非“不要相信”。科技在不断发展进步,在未知领域和“已知”领域都可能刷新认知、收获新知识。例如引力波,过去没有条件探测,而随着技术进步,就有条件观测了。未来或许还会开发出放置在太空中的引力波测量系统,获得更高的精度和灵敏度,做出更多前沿发现。

另外再啰嗦几句促进理解的温柔话。民间科学家对正统科学家——姑且这么称呼吧,便于理解,无褒贬义——的一个误解是:他们以为后者想维护科学成果,会为已有理论被推翻而恐慌。其实科学家昼思夜想、殚精竭虑的,谁不想漂亮地推翻现有的理论啊,科学家想维护的,无非是科学方法罢了。假如一个理论真要被推翻了,研究新理论就意味着更多的机会,科学家高兴还来不及呢。

出品丨中国科协科普部

监制丨中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

用户评论

╯念抹浅笑

这跟我们日常认知差距也太大了!麦克斯韦方程组一直是物理学的基石,没想到会被质疑!希望相关研究能给出更清晰的解释和论述,而不是空泛的言辞。

    有11位网友表示赞同!

久爱不厌

电磁学四大基本定律确实是基础理论,想要颠覆经典理论需要非常扎实的证据和严谨的实验数据。现在来看这篇文章更像是炒作,未经证实就说“被证伪”让人感觉不靠谱!

    有6位网友表示赞同!

柠栀

我一直对物理学的最新研究感到好奇,电磁学是基础,如果真的出现了新发现,那将是非常开拓性的进步!我们应该保持批判的思考,理性看待这些新的理论。

    有10位网友表示赞同!

莫飞霜

很多时候科学发展的过程中都会遇到质疑和挑战,电磁学这个领域也不例外。重要的是要坚持严谨的科学方法,最终通过实验验证才能确定结论。不要轻易相信“颠覆”性的言论!

    有11位网友表示赞同!

微信名字

我一直觉得科学的发展需要不断地探索和创新,只有敢于打破传统思维,才能推动理论进步!我希望这些研究能够带给我们更深刻的认识,而不是阻碍科学发展的迷思。

    有18位网友表示赞同!

日久见人心

经典理论固然重要,但如果真的发现新的规律,那将是人类理解物理世界的巨大飞跃!对此我很期待, 也会继续关注相关领域的最新研究。

    有9位网友表示赞同!

幸好是你

我一直对物理学家们不断探索宇宙奥秘的能力感到敬佩,比如麦克斯韦方程组也经历了漫长的验证过程。我希望这些研究能够得到合理的解释和支持,推动科学的进步!

    有5位网友表示赞同!

像从了良

如果真的“颠覆”了经典理论,那将是一个突破性的发现,会对我们理解电磁现象产生巨大的影响! 不过更希望是通过严格的实验验证,而不是单方面的说法。

    有10位网友表示赞同!

爱你的小笨蛋

我觉得这种所谓的“证伪”声闹得有点过了,不要把未经证实的结果当真事! 我更希望能看到一些具体的依据和数据来支持这些观点。

    有19位网友表示赞同!

断秋风

经典理论之所以被誉为经典,是因为经过了多年不断的检验和验证, 任何新发现都需要严格的逻辑推理和实验数据的支撑,不能轻率地否定已有成就!

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醉红颜

电磁学四大基本定律是物理学的重石, 任何对它提出质疑都要提供有力的证据,否则就是毫无根据的空话。

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孤廖

我们应该保持理性看待这种“颠覆”性的言论, 任何新理论都应该在严格的科学验证之后才能被接受!严谨科学的方法永远是探索真理的基石。

    有11位网友表示赞同!

有阳光还感觉冷

我觉得科学研究应该更注重实证和方法论,而不是单纯追求“颠覆”。 只有不断积累实验数据, 推动理论完善, 才能真正推动科学进步。

    有12位网友表示赞同!

浅嫣婉语

这篇文章写得很有意思, 我很想知道这个研究到底是怎么回事? 这是不是真的会改变我们对电磁学的理解? 真的是期待看到更详细的解释和论证!

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风中摇曳着长发

对于“颠覆成熟经典理论的研究” 应该更加谨慎对待, 需要多方面学者进行检验和讨论。不能因为一些新颖的想法就否定已经建立起来的科学体系!

    有16位网友表示赞同!

陌上花

我相信物理学是一个不断探索与进步的过程,麦克斯韦方程组也可能随着新的发现和实验结果得到完善和修正。 但“证伪”的说法需要更具体的数据才能支撑!

    有17位网友表示赞同!

你那刺眼的温柔

我觉得这种说法有点耸人听闻, 任何理论的变化都需要循序渐进, 而且要经过严格的科学验证, 不能一味追求“颠覆”。

    有12位网友表示赞同!

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