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直接否定麦克斯韦方程的思想实验


□ 谢健祥

  所谓“思想实验”,就是凭想象力在人们的头脑中所做的实验。做“思想实验”的时候,不需要实验室,也不需要任何实验器材,只需要一张纸、一支笔和一个善于思考的脑袋。
  “思想实验”是许多著名科学家在进行科学研究的时候曾经使用过的锐利武器。例如,古希腊学者亚里士多德认为“落体的速度跟它的重量成正比”。这一学说在世界上流行了两千年之久。伽利略为了推翻这一学说,在他自己的头脑中做了一个举世闻名的“思想实验”:伽利略在头脑中设想,把一个重物和一个轻物捆起来一起下落,那结果会是怎样的呢?很明显,如果把它们看成一个整体,由于整体的重量比单独的重物更重,所以整体的下落速度应该比单独的重物下落得更快;但是,如果把它们看成是相对独立的两部分,由于重物这部分下落得快,轻物这部分下落得慢,轻物的存在对重物的下落速度起了阻滞的作用,所以整体的下落速度应该比单独的重物下落得慢。这样,伽利略就用上述这个举世闻名的“思想实验”,证明了亚里士多德的“落体的速度跟它的重量成正比”的理论是不自洽(即不能自圆其说)的谬论。因为科学界公认,任何一个不自洽的理论都是谬论。这样,曾经在世界上流行了二千年之久的“落体的速度跟它的重量成正比”的学说,就被伽利略推翻了。
  科学巨匠爱因斯坦一生中,曾经在头脑中完成过两个划时代的实验,他设想的第一个实验是,假定一节非常长的棚车车厢以很高的恒定速度在笔直的铁轨上作匀速直线运动。在车厢的正中点,装着一盏闪光灯,闪光灯可以发出光脉冲,这时,在高速棚车参考系的观测者看来,闪光灯发出的光脉冲将同时到达棚车车厢的前后两端:但是,在铁路路基参考系的观测者看来,闪光灯发出的光脉冲将不同时到达棚车车厢的前后两端。这样,作为狭义相对论基础的“同时性的相对性”这一概念就被爱因斯坦建立起来了。后来他又在头脑中构思了一爪“升降机实验”,建立了广义相对论。
  通过上面的例子,我们可以看出,“思想实验”这一方法,在科学研究中具有多么强大的威力!难怪爱因斯坦自己深有体会地说:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象概括着世界的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。……严格地说,想象力是科学研究中的实在因素。”
  思想实验,实质上就是革命导师恩格斯所说的理论思维。恩格斯有一句名言:一个民族,如果想要站在世界科学的最高峰,那么,这个民族便一刻也不能停止理论思维。
  为了推翻英国剑桥大学教授麦克斯韦的电磁场理论,我向伽利略和爱因斯坦学习,在我自己的头脑中构思了下面这个直接否定麦克斯韦方程的思想实验。请看:
  
  现在,我们选择云母片参考系来观察上述问题。因为根据力的变换关系,当由一个惯性系变换到另一个惯性系时,力是保持不变的。所以,在云母片参考系的观测者看来,在磁场的作用范围内,云母片晶格中的正电荷的受力方向仍旧是跟x轴垂直并指向y轴的负方向(在磁场的作用范围外,云母片晶格中的正电荷受到的力仍旧等于零)。在云母片参考系的观测者看来,云母片是静止不动的,而是磁场沿x轴的负方向运动。由于磁场是不均匀的,所以,(在磁场的作用范围内),在云母片的每一点上,磁场强度都随着时间而变化。而根据专克斯韦的理论,随着时间变化的磁场将要激发旋涡式电场,并且,这种电场的力线必须形成闭合的回线。如果我们能够证明,这种电场的力线无法形成闭合回线,那么就等于证明了麦克斯韦的理论是不自治的理论。请看下面的证明: ......
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