我长久以来有一个想法,希望可以从中学的物理实验出发(比如说库仑啊,电磁感应啊,安培环路之类)加上大学的微积分和场论知识,如果实在需要加上含参变量积分,推导出Maxwell方程组。最近认真看了看,大概不行。
我找了一本很好的电磁学的教材(我个人感觉很好),看他的推理。貌似从实验出发,以数学为工具。仔细一看发现若干问题,比如库仑定律中电场和电荷的关系,只有静电场才应该对。如果考虑感应产生的电场,这个关于div E的方程应该改,或者证明不需要改。但是物理书上啥也没说,就这样摆着了。我前天发现问题,在火车站一顿想,觉得不妙。昨天坐在冷风里面又是一顿想,发现应该没有可能从我已知的实验表述里面推出来。昨晚发文到bbs上请教了一番,看别人回帖基本上支持我的想法:
从数学包装过的物理实验结果到物理学理论之间,还有好长的路。这块地方是属于理论物理学家的。Maxwell方程如果是简单的库仑定律,安培force定律,法拉第电磁感应定律加微积分可以推导的话,那Maxwell的功绩就被抹煞了。物理学家在这块地方连推带‘猜’的获取正确的理论表述。
(当然我觉得,以今天科技之发达,搞一个布满传感器的曲面直接去验证Maxwell方程组也未必不可能。)
我看的物理书上这么讲: ...... is the famous displacement current. This term was introduced, in a stroke of genius, by Maxwell in order to make the right hand side of this equation divergence free when......
我只用了逻辑,所以我觉得这一项推导有问题。(不是说没有这一项,就是不应该那么解释。)Maxwell是genius,所以他就这么搞了。
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2 周前
6 条评论:
我有次和个物理系的家伙在散步的时候提到过这个问题~Maxwell这家伙其实当初建立这方程时也没想那么多,就是看着那几个实验连猜带蒙的拼出这个方程像组装工具,结果对了……
薛定谔搞那波动方程也是,自己搞出来了还不知道这方程式讲什么含义~理论物理学家有时候就是这么充满直觉和想象力,虽然欠那么点儿严密性。
“从数学和实验到理论物理有很长的路要走”这话很正确。不读物理系,也不知道他们的思维模式到底是怎样的;但有时物理系的教授的确给人非常有创意的感觉。
古今中外数理集大成者,看来看去也只有牛顿和庞嘉莱了。
确实如此,不过我以前头脑有点简单
这次是深切体会了一把。
另外,最近在复习大物,又看了下20世纪初诺贝尔物理奖的一些资料,Maxwell方程组还是经过许多人修订的,比如像洛仑兹这些牛人,才变成现在我们看到的样子。而且Maxwell当初人们对它的理解也和现代完全不一样。(那时候以太的电磁自然观是占主流的)所以用李乔的话来说,历史是个很复杂的东西,它(一个定理)究竟怎么来的是非常曲折的……
这东西就是凑吧,为了把div(curl B)搞协和,硬加个位移电流。Schrodinger算是运气好吧,估计换个别人也能凑出来。
做物理的多只把数学当个工具,缺乏深层次感情吧。Feynman好像就爱拿数学家开涮。毕竟是两个不同东西,Farady跟Heisenberg数学都挺差,但直觉很好,不阻碍他们成为超一流的。
扯到直觉就茫然了,牛人中天才不少,但也有小平邦彦类巨刻苦的(据说)。我虽然对不缺乏对数学的爱,但也不缺乏对自己创造里的深深怀疑。
不知老师有什么看法?
看样子我挖了个大坑。
其实我也说不清楚。就我所知喜欢数学的人有截然不同的两种,一种看重物理觉得那个里头有很多深刻的东西,即便撇开任何实用的层面对纯数学也是很有意义的。另外一种立志与物理划清界限,不是说他们不认同物理对数学的影响力。只不过他受不了说不清楚的东西,反正他们研究的领域已经足够有意思了,不需要外来的想法了。
说到天才,反正就我浅薄的见识而论。我能看得懂的,能够理解的数学工作没有天才的。包括很多大人物,包括很多超一流的工作,我可能觉得这个东西很深刻,但是不会认为这个事情很天才。总之,我没见过天才,不信这东西。当你揣着一个信念,去研究一个根本的问题的时候,你就有机会接触到好的想法。这个想法就埋在那个问题旁边,谁去都差不多。
问题是:是不是有足够的品位去认识一个根本性的问题?你的信念是不是告诉你这个问题一定有的玩?现实的,你是不是有时间和力气去追求这个问题。
陈省身有篇东西叫《Gauss-Bonnet公式与maxwell方程》
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