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[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考
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[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考
俺是电磁学的“官科”：
（2）2019年SI的安培新定义，和俺2012建议的“第二方案”基本一样；
（3）2021年，4个电类期刊给俺发了“优秀审稿人”证书：其中 1个SCI、2个EI。
所以，俺将自己定义为“电磁学的官科”。
至于你们信不信，我反正信了！
一、近期思考小史
2022-06-06 早晨，不知道为什么比平时早醒了一个多小时？或许是因为可以进入老校区的办公室了？
【5月22日20时起】教职员工暂停通勤，倡导居家办公。2022-05-23，开始本学期第三次居家网课。
睡醒后看看卡尔·萨根的《宇宙》，里面讲到大质量恒星、超新星爆发、中子星合并什么的，产生许多比铁元素原子序数还要大的“超重元素”。
傻担心：
（1）假如一直这样下去，将来的宇宙里就不会有氢、氦、……，以及轻元素了。
宇宙里的化学元素越来越重，最后人类连水都没得喝了？
（2）电子在原子核周围运动，居然不消耗能量？
于是，不由自主地想到：
应该有一种普遍性的机制，使得高序号化学元素逐渐分裂为低序号的元素，“超重元素”会自行分裂其轻元素，（就像大块石头慢慢变成砂子），元素们最终又自行分裂成，直到变成氢原子等。
同时，考虑到“并不成功”的物理学统一场，于是猜想：
《引力归结为电磁作用的一个定性物理图像》
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341942.html
科学的“可证伪”特性，要求
《[讨论] 引力、电磁力“独立性”的判定实验》
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342826.html
二、反思电磁场，有什么直接原因？
（1）前几年，在备课时又看到了 100多年之前引发经典电磁理论的“经典实验设备”的照片等，不禁有点担心：
使用这些粗糙的实验设备，实验结果的精度、稳定性到底怎么样？与机械运动有关的实验，特别是磁场部分，会不会丢失点规律性？
（2）爱因斯坦梦想的统一场，怎么引力、电磁力这么难统一？
目前的主流观点，请看：
Will there ever be a "theory of everything"? 8.会有“万有理论”吗？
The Standard Model of particle physics has been referred to as a “theory of almost everything,” because it still does not reconcile certain aspects of the universe, such as the nature of dark matter and dark energy.
As Einstein said in his Nobel lecture, “The intellect seeking after an integrated theory cannot rest content with the assumption that there exist two distinct fields totally independent of each other by their nature.”
粒子物理学的标准模型被称为“几乎所有事物的理论”，因为它仍然无法调和宇宙的某些方面，例如暗物质和暗能量的性质。
正如爱因斯坦在他的诺贝尔奖演讲中所说：“寻求综合理论的智力不能满足于存在两个在本质上完全独立的不同领域的假设。”
《科学》杂志的旧 125 科学问题：Can the lawa of physics be unified?
详见：杨金民, 王飞. 爱因斯坦的未竟之梦: 物理规律的大统一[J]. 科学通报, 2016, 61(4-5): 399-403. Can the lawa of physics be unified?
https://doi.org/10.1360/N972015-01308
三、统一场的基本特征，以及几种基本思路
从数学上看，用同一组数学公式，可以同时表示引力、电磁力的作用；
从物理上看，用同一种机制同时来解释引力、电磁力的作用。
统一场的几种基本思路：
（1）不管物理上引力、电磁力能否统一，在附加某些假设的条件下，仅仅从数学方程（形式）上“强制地”将引力、电磁力“数学”地统一。
万一在高能下，物理上的引力、电磁力还是独立的，则只能这样“数学”地统一了。
（2）用更基础（更底层）的物理机制，将引力、电磁力“物理”地统一。
（3）将引力归结为电磁力（或相反）。即前一阵的思路。
（4）现在对引力、电磁力的认识不够精确。在更精确的定律下，可以将引力、电磁力进行统一。
（5）采用新的自变量（新的物理概念）来改写引力、电磁力的现有基本定律，也可能将引力、电磁力统一起来。
（6）选择更好的数学坐标系。例如：正态分布（normal distribution）又名高斯分布（Gaussian distribution）密度函数，从负无穷到正无穷的定积分。在直角坐标系不能用初等函数表示积分，在极坐标系可以。
……
从物理学看，构造合适的实体判决实验，可以促进引力、电磁力的统一。
四、电磁场理论还可以进一步发展
（1）麦克斯韦先生自己提出的电磁场方程，有20个变量和20个方程。是 Oliver Heaviside 先生，把麦克斯韦的理论基本上改写成了现在大家熟悉的数学形式：4个方程组，加上媒质的介电常数ε、媒质的磁导率μ、媒质的电导率σ描述的变量关系。
（2）从1880年代中期开始，亥维赛德(Oliver Heaviside，1850—1925)和赫兹独立发现麦克斯韦方程组中的矢量势A可以消去。简化后的方程组展示出另一种魅力：电和磁之间的高度对称性。今天我们知道，在量子力学里，矢量势无法消去，它可以在阿哈罗诺夫—玻姆(Aharonov—Bohm)效应中被观察到。（杨振宁, 汪忠，第 784 页）
因此，电磁场还可以改用其它的“基本概念”，不必非得采用现在的现有概念。
五、统一场：需要大胆的猜想或假设
数理科学常见的创新起点：猜想与假设；归纳与类比；直觉与灵感。
（4）爱因斯坦：创新不是由逻辑思维带来的，尽管最后的产物有赖于一个符合逻辑的结构。
（5）爱因斯坦：真正有价值的是直觉。在探索的道路上智力无甚用处。
（6）爱因斯坦：想像力比知识更重要。因为知识是有限的，而想像力是无限，它包含了一切，推动着进步，是人类进化的源泉。
（7）开普勒：我珍惜类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的导师，它了解自然界的全部秘密，在几何学中它最不应被忽视。
（8）拉普拉斯：甚至在数学里，发现真理的主要工具也是归纳和类比。
（10）希尔伯特：数学知识终究要依赖于某种类型的直觉洞察力。
六、反思基本概念，构造判定实验
历史上物理学新理论的常见路径： 实体的物理实验 → 理想实验 → 数学公式。
从6日早晨，到13日深夜，一直累得浑身疼。眼睛经常看不清楚东西，头疼得不轻。脚底也疼。
衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴？
衣带渐窄终不悔，为它吃得傻更肥！
过劳肥！
1860年，29岁的麦克斯韦“被”阿伯丁大学（University of Aberdeen ）解雇了（was declared redundant）。爱丁堡大学（University of Edinburgh）也不要麦克斯韦，失业了。
连麦克斯韦都会“被”下岗，“被”失业！
麦克斯韦, James Clerk Maxwell, 1831-01-13 ~ 1879-11-05
https://www.thoughtco.com/james-clerk-maxwell-inventor-1991689
参考资料：
[1] 刘全慧，2010-10-05，最是难解电磁场 
精选
https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-369794.html
[2] 刘全慧，2018-05-13，爱因斯坦，杨振宁，费曼和贝利如何解读麦克斯韦方程 精选
https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1113718.html
[3] 刘全慧，2019-10-01，杨振宁先生2019年演讲的两个重点 精选
https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1200338.html
[4] 刘全慧，2022-02-08，麦克斯韦方程对时空的要求----兼评物理学诺贝尔奖获得者索恩对相对论的理解 精选
https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1324495.html
[5] Chen Ning Yang. The conceptual origins of Maxwell's equations and gauge theory [J]. 2014, 67(11): 45-51.
https://doi.org/10.1063/PT.3.2585
https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/PT.3.2585
[6] 杨振宁, 汪忠. 麦克斯韦方程和规范理论的观念起源[J]. 物理, 2014, 43(12): 780-786.
https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLZZ201412001.htm
http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=663477305
[7] Proof. A.S. Kuzichev (originator), Encyclopedia of Mathematics. [EB/OL]
https://encyclopediaofmath.org/wiki/Proof
[8] Axiomatic method. Encyclopedia of Mathematics. [EB/OL]
https://encyclopediaofmath.org/wiki/Axiomatic_method
[9] James Clerk Maxwell | Biography & Facts | Britannica
https://www.britannica.com/biography/James-Clerk-Maxwell
In the preface to his Treatise on Electricity and Magnetism (1873), the best exposition of his theory, Maxwell stated that his major task was to convert Faraday’s physical ideas into mathematical form.
In 1860 the University of Aberdeen was formed by a merger between King’s College and Marischal College, and Maxwell was declared redundant. He applied for a vacancy at the University of Edinburgh, but he was turned down in favour of his school friend Tait. He then was appointed to the professorship of natural philosophy at King’s College, London.
In 1865 Maxwell resigned his professorship at King’s College and retired to the family estate in Glenlair. He continued to visit London every spring and served as external examiner for the Mathematical Tripos (exams) at Cambridge. In the spring and early summer of 1867 he toured Italy. But most of his energy during this period was devoted to writing his famous treatise on electricity and magnetism.
[10] A BRIEF BIOGRAPHY OF JAMES CLERK MAXWELL
http://courses.science.fau.edu/~jordanrg/bios/Maxwell/Maxwell_bio.htm
In 1860 a reorganization at Aberdeen left him without a position. After failing to get the vacant Chair at Edinburgh he was appointed Professor of Natural Philosophy at King's College, London in 1860, where he remained for five extremely creative years.
[11] 江晓原，爱因斯坦:曾经的超级“民科”[J]. 创新时代，2011年11期：103-104.
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-CXSD201111053.htm
http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=39950828&from=Qikan_Search_Index
“民科”(“民间科学爱好者”的简称)这个词汇，如今已逐渐被国内大众媒体广泛接受和采用，它的一般定义是：没有在相应的科学共同体中任职，其研究领域和研究方法也未被科学共同体所认可的人。
我们从爱因斯坦逝世前一个月的自述中可以找到答案：“如果我当时在大学里找到了工作，就必须集中精力准备讲义和晋升职称的论文，哪有时间进行自由思考呢？”
在《爱因斯坦奇迹年》一书的导言中，主编施塔赫尔比较了牛顿和爱因斯坦这两个“奇迹年”的多项异同，但对他们两人的一个惊人的相似点却完全没有提及，那就是牛顿和爱因斯坦在创造科学奇迹时，都没有用过一分钱的“科研经费”！
由此可见，爱因斯坦的经历，仿佛与现今的“民科”的命运如出一辙，事实上，如今很多科学上的重大发现，都是在没有任何经费支持的条件下完成的。而那些动辄就花掉国家亿万金钱才取得的“科研成果”，与牛顿的万有引力和爱因斯坦相对论比较起来，是何等的卑微！
相关链接：
[1] 2022-06-13，[讨论] 引力、电磁力“独立性”的判定实验
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342826.html
[2] 2022-06-12，[建议] 对万有引力定律实验室检验结果的一点建议
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342668.html
[3] 2022-06-09，[讨论] 磁场矢量带ID，点积、叉积来处理
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342249.html
[4] 2022-06-07，引力归结为电磁作用的一个定性物理图像
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341942.html
[5] 2022-03-30，[傻问] 磁场变化能产生电荷吗？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1331747.html
[6] 2020-12-01，[建议] 重复孟德尔的生物学豌豆实验
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1260648.html
[7] 2021-01-13，[建议] 广泛重复自然科学各个学科中100多年前的那些经典实验
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1267037.html
[8] 2022-06-01，[请教] 流体力学基本方程描述“层流”的误差
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341155.html
[9] 2021-12-24，[请教] 静电场和静止的引力场之间存在相互作用吗？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1318004.html
[10] 2021-12-22，[困惑] 数学上的矢量，不足以充分描述物理学里的磁场性质？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1317676.html
[11] 2021-10-11，[请教] 磁力线本身带有记号（ID）吗？电场里的电场线呢？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1307583.html
[12] 2021-10-08，[呼吁] 电磁场基本概念与定律的高精度高稳定性实验再验证
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1307188.html
[13] 2021-09-19，[娱乐] 两个小球（宏观点电荷、宏观质点）与采用狭义相对论来推导引力磁
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1304856.html
[14] 2020-07-15，宏观点电荷激发出的磁场、电磁波判定实验原理
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1242142.html
[15] 2020-06-03，[讨论] 真空、温度是什么？电场、磁场在高温下会有变化吗？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1236255.html
[16] 2019-03-05，[建议] 宏观点电荷发出的磁场、电磁波判定实验原理
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165792.html
[17] 2018-08-31，偶感：引力的本质与万有引力常数G的测量
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1132115.html
[18] 2018-08-28，关于电磁场“场”概念的局限性、电荷能量的偶感
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1131501.html
[19] 2017-10-28，[请教] 地球固体潮（solid Earth tide）、地球不规则自转与“引力波”观测
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1082757.html
[20] 2016-10-13，[讨论] 电磁学（物理学）的基础：磁场的起因
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1008502.html
[21] 2014-06-19，[谁愿给我推荐发表] 引力磁、暗能量、G的变化
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-804709.html
[22] 2013-11-29，引力磁与暗能量的部分定性解释（要点）
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-745733.html
[23] 2013-04-01，[请教] 类星体quasar周围有静电场吗？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-675940.html
[24] 2012-08-06，[请教] “引力磁”怎样翻译成英文？
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-599684.html
[25] 2013-11-03，逻辑能力与数理科学创新小议
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-738568.html
http://www.kjdb.org/CN/abstract/abstract11234.shtml
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