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          電磁學四大基本定律被證偽?警惕“顛覆成熟經典理論的研究”

          星空計劃
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          最近,一則題為《電磁學領域的新發現電磁學四大基本定律被證偽》的新聞闖進我們的視線。文中稱,某博士耗資1500多萬人民幣、歷時兩年研發新型電機,卻完全失敗了。于是,他懷疑電機所依據的兩大電磁學定律以及另外兩大電磁學定律的正確性,進而得出了顛覆性的“新發現”……

          圖片來自網絡

          我們來看看報道中這個長句:

          依據載流導體在磁場中受力這一安培定律和導體切割磁力線產生電動勢這一法拉第電磁感應定律開發新型電機的工程完全失敗了。

          貌似很不好懂的一大堆,意思是什么呢?其實這里牽扯到的是高中階段的物理知識:經典電動機的基本原理都是安培力定律(注意,不是安培定律),經典發電機的基本原理都是法拉第電磁感應定律。因此,把前述結論總結一下,就是:

          依據經典原理開發新型電機的工程完全失敗了,所以電磁學經典理論一定有問題。(因為這話是不對的,所以加了刪除線)

          那么這個結論可信嗎?看到我特意加了刪除線,你一定能猜得到,不對。實際上,讀了相關論文,感覺作者處于電磁學剛入門時懵懵懂懂好奇探索的狀態,讓我回憶起自己剛學了點電磁相關理論卻怎么也做不對題的時光……所以今天我們不浪費時間在批駁論文上,這里要討論的重點是,遇到科學領域“大新聞”的時候,如何培養“快速識別是否靠譜”的直覺,以免浪費寶貴時間。

          還沒反思技術細節

          就挑戰經典理論的新聞

          科學在每個問題上都追求最簡模型。我們中學時代做物理題時,常常假設摩擦力為零、導線電阻為零、滑輪自重為零、真空絕無氣體、容器完全隔熱、絲線無比堅韌、數值絕對精確、重力場電場磁場完全均勻。這些都是科學世界里的理想模型。

          所謂理想模型,現實中當然做不到,真正到了技術應用的時候,就會遇到磨損問題、阻尼問題、能耗問題、散熱問題、噪聲問題、材料疲勞問題、儀器精度問題等等,達不到理論計算的結果簡直太正常。

          這時要努力完善設計,消減誤差干擾,發起同行評審,而不是隨口說什么“我扔出一個小球,動能和勢能都大于零,而小球最后停下來了,動能和勢能都歸于零,所以我推翻了能量守恒定律”。

          從日常生活到高端科技,從住宅用電到工業生產,這些電磁學定律及其衍生的各種產品早已得到億萬人的無數次反復驗證。如果這時候一個人研發失敗,就好比上實驗課,周圍同學都做得出來,唯獨他做不出來,這能說明實驗演示的原理有錯么?不能,他需要自查自糾,好好看看自己的環境、儀器、材料、步驟出了什么問題。

          回到這次的事件,就算依據經典原理開發新型電機的工程完全失敗了。那么也應該先去檢查“新型”新在哪里,改了什么,可能有哪些影響因素,其他人為什么能做出來,而不是先去質疑原理。

          即便是資深內行人,以嚴謹的態度做實驗,都難免出現各種意想不到的技術問題,甚至鬧出烏龍。以2011年的OPERA實驗為例,這次實驗疑似發現中微子超光速,似乎對狹義相對論提出了嚴峻挑戰。由于確實是專業人員操作精密設備,并進行了基本的驗證,加上當時對中微子的了解太少,因此科學界嚴肅地考察了此次發現,可惜最終更細致的調查卻發現是設備中一處光纜連接松動造成了通信延遲,結果兩位團隊領導者引咎辭職。

          圖片來自微博

          不要輕信顛覆

          成熟經典的新聞

          經典理論之所以成為經典,是因為經歷了無數人的嚴厲審視和周密補全。我們以引力為例來說明這一點。

          最初,亞里士多德(他是真實存在的)論證出大地是一個球體,并且地球位于宇宙中心,土元素和水元素有向宇宙中心聚攏的趨勢,所以在每個位置,都以地心為“下方”。這樣住在另一面的人不會掉出去。在當時的認知水平下,亞老師的理論能夠解釋已知事實。所以,在“地球是宇宙中心”的公設下,他的樸素重力理論存活了很久,并且地圓說還在麥哲倫船隊這里得到了驗證。

          圖庫版權圖片,轉載使用可能引發版權糾紛

          但是開普勒定律確認了日心說,推翻了地心公設,所以“另一面的人為何不會掉出去”又成了問題,但牛頓的萬有引力定律很快補全了這塊拼圖。

          萬有引力定律能輕松解釋水金地火木土六大行星的運行周期和開普勒總結的橢圓軌道——如果再有一顆新行星來驗證它就更好了。天王星就提供了這樣的驗證機會。

          在對天王星的觀測過程中,人們一邊感嘆牛頓引力理論的正確性,一邊又發現天王星運行得有點不太符合預期。但如果堅持引力理論,就得承認天王星外還有一顆未發現的大行星。好在,天文學家按照預測結果去尋找,果然找到了海王星。這是萬有引力理論的輝煌勝利,也是科學方法的輝煌勝利。

          而天文觀測還發現,木衛進出木星陰影的時間,會隨著木星遠離地球而逐漸滯后。如果堅持引力理論,就可以推斷“光速有限”,定量計算光速,與基于麥克斯韋方程推算(又是另一個故事)的電磁波速度對照,猜想出“光是一種電磁波”。

          至此我們可以體會到,牛頓的萬有引力定律能夠解釋已知事實、能夠得到驗證、能夠作出預測,這是科學方法和一拍腦袋的重大區別。它甚至跨界到電磁學獲得成功,到了這一步,再想挑戰牛頓萬有引力定律就很艱難了??上攵?,愛因斯坦提出廣義相對論,重塑對引力本質的認知,是多么不易。而廣義相對論不但兼容牛頓引力理論對普通物體的定量計算,還能成功解釋水星近日點進動問題(牛頓引力理論難以解釋的一個痛點)。它還預測了光線彎折、時間延緩、黑洞和引力波現象,并逐一得到證實。但即便如此,我們也不能簡單地說廣義相對論“推翻”了牛頓關于引力的理論,只能說廣義相對論比牛頓的引力理論更加精確,且對引力的描述更加本質。

          圖片來自新華社視頻截圖

          因此,經典長久屹立,有牢靠的理由,并且一代站得比一代穩。所以我們說,對“顛覆經典”的報道不要輕信。

          不要輕信

          只破不立和自創術語的新聞

          有很多“新發現”只宣稱推翻了某某理論,卻不提出新的觀點。比如開頭提到的那種——既然顛覆了電磁學,那么請問你的替代理論是?使用經典理論開發失敗,那么使用你自創的新理論成功了嗎?如何讓大家認為你的證偽可信呢?如果沒有下文,這種新聞就不能輕信。

          還有一些“科學家”熱衷于自創體系,發明術語。術語的概念十分含糊跳躍,與其說他是在研究科學,還不如說是在研究語言學、哲學乃至玄學。如果連“質量”“長度”“時間”這些基礎概念乃至數學工具都無法取得穩定共識,那就失去了交流基礎。

          結語

          前面說的這些,用詞都是“不要輕信”,而非“不要相信”??萍荚诓粩喟l展進步,在未知領域和“已知”領域都可能刷新認知、收獲新知識。例如引力波,過去沒有條件探測,而隨著技術進步,就有條件觀測了。未來或許還會開發出放置在太空中的引力波測量系統,獲得更高的精度和靈敏度,做出更多前沿發現。

          另外再啰嗦幾句促進理解的溫柔話。民間科學家對正統科學家——姑且這么稱呼吧,便于理解,無褒貶義——的一個誤解是:他們以為后者想維護科學成果,會為已有理論被推翻而恐慌。其實科學家晝思夜想、殫精竭慮的,誰不想漂亮地推翻現有的理論啊,科學家想維護的,無非是科學方法罷了。假如一個理論真要被推翻了,研究新理論就意味著更多的機會,科學家高興還來不及呢。

          本文為科普中國-星空計劃作品

          出品丨中國科協科普部

          監制丨中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

          作者丨曲炯 科普作者

          審核丨劉茜 北京天文館研究員

          內容資源由項目單位提供

          評論
          善于分析的詩情畫意俠
          庶吉士級
          經典理論之所以成為經典,是因為經歷了無數人的嚴厲審視和周密補全。
          2024-01-12
          湖北胡石倫
          太傅級
          經典理論之所以成為經典,是因為經歷了無數人的嚴厲審視和周密補全。
          2024-01-12
          任夢涵之
          進士級
          科學在每個問題上都追求最簡模型。我們中學時代做物理題時,常常假設摩擦力為零、導線電阻為零、滑輪自重為零、真空絕無氣體、容器完全隔熱、絲線無比堅韌、數值絕對精確、重力場電場磁場完全均勻。這些都是科學世界里的理想模型。
          2024-01-12
          韩国女主播裸奶头大尺度,久久久精彩视频,欧美99综合网,国产一级二级三级视频
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