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[讨论] 1785年库仑实验、1971年电力平方反比定律实验可信吗？

   按照《中国大百科全书（第3版）》词条“库仑定律/Coulomb's law/”里的介绍，目前对库仑定律的电力平方反比定律实验测量精度已经达到了 2.7×10^-16。

   库仑 1785年06月用扭秤（torsion balance）实验直接测量静电力，精度达到了 4×10^-2。

图1  库仑扭秤 Coulomb's Torsion-Balance

https://etc.usf.edu/clipart/36000/36071/torsion_bal_36071.htm

https://etc.usf.edu/clipart/36000/36071/torsion_bal_36071_lg.gif

一、磁场、电磁波依赖坐标系（参照系）吗？

   从目前的物理学理论上看，磁场可以由电流激发；电磁波可以由电荷加速运动产生。这样，在不同的参照系（坐标系），磁场、电磁波会变为0，即消失了。

二、如何理解库仑的直接测量实验？

   显然，库仑实在地球表面进行实验的。可以认为观测值、静电荷等都处在相对静止状态。库仑直接测量的是静电力。

   但是，在日心坐标系，地球以大约 29.8 km/s 的速度绕太阳公转。

   在银心坐标系，太阳以大约 220 km/s 的速度围绕银心（银河系的中心）旋转。

   因此，在这些参照系里，电荷是引发磁场的。

   并且，在日心坐标系、银心坐标系里，地球表面一直不停地做复杂的加速运动。因此，“地表静止电荷”应该激发出电磁波。

   库仑实验里“那个公式同实验的误差达到30％以上”是由什么引起的？库仑的直接测量实验，测到了日心参照系、银心参照系里的磁场？

   人造卫星绕地球运动，应该能够看到库仑实验里电荷激发的电磁波。电磁波，至少某些电磁波，也依赖参照系吗？

三、假如“电磁波依赖参照系”，后果是什么？

   “三体人”会利用这个电磁通讯漏洞的。

   以及……

   真是吓死人！

   还是设计新的高精度、高稳定物理实验，来检验磁场、电磁波是否依赖参照系吧！

   以及特鲁顿-诺伯实验（Trouton–Noble experiment）、库仑扭秤（torsion balance）直接测量静电力的实体物理实验等的现代在验证。

   磁场是否依赖坐标系（参照系）？

   电磁波是否依赖坐标系（参照系）？

   还是进行高精度、高稳定性的物理实验吧！

   物理实验的时间要有数年。至少每分钟记录一次观测结果。看看有没有半天、天、半月、月、年等的周期性。

附录

A.1  陈熙谋老师在《中国大百科全书》词条“库仑定律/Coulomb's law”里写到：

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

   人们关心电力平方反比定律的精度是由于如果 δ≠0，则高斯定理不成立，静电场的性质就会有所不同。其次，电磁场理论的麦克斯韦方程组是在一些电磁学实验定律的基础上建立起来的，这些实验定律的精度和适用范围都难以言明，而在一定条件下，由库仑定律和洛伦兹变换可导出麦克斯韦方程组，这不仅表明电磁现象的内在联系和统一性，而且也在一定程度上确定了麦克斯韦方程组的精度和适用范围。再次，δ 是否严格为零还与光子的静止质量是否严格为零密切相关，如果光子静止质量不为零，哪怕非常小，将导致电荷不守恒，出现真空色散，破坏光速不变等一系列原则性问题。因此，电力平方反比律的精确验证实验还将长盛不衰地做下去。

图2  对应上面文字的截图

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

   陈老师也担心：

   “电磁场理论的麦克斯韦方程组是在一些电磁学实验定律的基础上建立起来的，这些实验定律的精度和适用范围都难以言明”

   啊！

   这正是我想知道的。

A.2  爱因斯坦：一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验

   爱因斯坦（Albert Einstein）1933-06-10 在the Herbert Spencer lecture at Oxford 《On the Method of Theoretical Physics 关于理论物理学的方法》里说: “Pure logical thinking cannot yield us any knowledge of the empirical world; all knowledge of reality starts from experience and ends in it. Propositions arrived at purely by logical means are completely empty as regards reality. Because Galileo saw this, and particularly because he drummed it into the scientific world, he is the father of physics —— indeed of modern science altogether. 纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。就现实而言，纯粹通过逻辑手段得出的主张是完全空白的。由于伽利略看到了这一点，特别是因为他将其强力引入了科学界，因此他是物理学的父亲 —— 完全代表了现代科学。”

A.3  特斯拉：今天的科学家们用数学替换了实验

   1934-07，一本叫《Modern Mechanix and Inventions》的杂志，在第 117、118页里写到，特斯拉（Nikola Tesla，他的名字被命名为磁感应强度单位）：

   Today's scientists have substituted mathematics for experiments, and they wander off through equation after equation, and eventually build a structure which has no relation to reality.

   今天的科学家们用数学替换了实验，并且他们从方程到方程来回地推导，最终建立了一个和现实世界没有任何关系的数学结构。

A.4  大数学家阿诺德：推导的链（即所谓的“证明”）越长越复杂，最后得到的结论可靠性越低

   In exactly the same way a small change in axioms (of which we cannot be completely sure) is capable, generally speaking, of leading to completely different conclusions than those that are obtained from theorems which have been deduced from the accepted axioms. The longer and fancier is the chain of deductions ("proofs"), the less reliable is the final result.

   Complex models are rarely useful (unless for those writing their dissertations).

   与此完全一样的是，公理（那些我们不能完全确定的）的一个小小的改变虽是容许的，一般来说，由那些被接受的公理推出的定理却将导出完全不同的结论。推导的链（即所谓的“证明”）越长越复杂，最后得到的结论可靠性越低。

   复杂的模型几乎毫无用处（除了对那些无聊的专写论文的人）。

参考资料：

[1] 2022-06-04，库仑定律/Coulomb's law/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

   1971年E.R.威廉姆斯等实验精度达 δ< 2.7×10-16。

[2] 2023-03-09，日心黄道坐标系/heliocentric ecliptic coordinate system/魏宗康，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=438990&Type=bkzyb&SubID=145899

   以太阳中心作为原点，以黄道面为基本平面的坐标系。

[3] 2022-12-23，银河系自转/galactic rotation/沈俊太，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=203204&Type=bkzyb&SubID=142705

   太阳距银心约8.5千秒差距，并以约240千米/秒的速度围绕银心旋转

[4] 2023-05-30，仪器科学与技术史/development of instruments/钱政，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=495802&Type=bkzyb&SubID=115776

   从库仑1785年利用扭秤实验装置建立库仑定律开始（图20），

   图20 库仑扭秤实验装置

[5] Planetary Fact Sheet - Metric, 2023-02-11, NASA

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/

   Orbital Velocity (km/s)  EARTH  29.8

[6] SCIENTIFIC AMERICAN, 1998-10-26, How fast is the earth moving?

https://www.scientificamerican.com/article/how-fast-is-the-earth-mov/

   we learn that the earth is moving about our sun in a very nearly circular orbit. It covers this route at a speed of nearly 30 kilometers per second, or 67,000 miles per hour. In addition, our solar system--Earth and all--whirls around the center of our galaxy at some 220 kilometers per second, or 490,000 miles per hour. 

[7] AMERICAN PHYSICAL SOCIETY, 2016, June 1785: Coulomb Measures the Electric Force

https://www.aps.org/publications/apsnews/201606/physicshistory.cfm

[8] E. R. Williams, J. E. Faller, and H. A. Hill. New Experimental Test of Coulomb's Law: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 26, 721 – Published 22 March 1971

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.26.721

doi:  10.1103/PhysRevLett.26.721

   Expressed as a deviation from Coulomb's law of the form 2.7 ± 3.1 × 10⁻¹⁶

[9] Frederick Thomas Trouton and H. R. Noble. The Mechanical Forces Acting on a Charged Electric Condenser Moving through Space [J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, Vol. 202 (1904), pp. 165-181 (17 pages)

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.1904.0005

doi:  10.1098/rsta.1904.0005

01 January 1904, Volume 202Issue 346-358

[10] 刘全慧，2022-09-27，学生的问题vs杨振宁先生的回答

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1357091.html

   不过，我曾经把库仑的文章拿来看了一看，发现他写出的那个公式同实验的误差达到30％以上。估计他所以写这个公式，一部分是猜出来的，猜测的道理是因为他已经知道了牛顿的公式。

[11] 环球物理，薛德堡，2022-11-06，【物理科普】磁场仅仅是一种相对论效应吗？

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5ODMwOTExNA==&mid=2662047553&idx=4&sn=0e88d426645b99e41e716bce1559d467&chksm=8bccb9d4bcbb30c24215d421c654e46fc85aaca44fcd530b5c4d1c5bd8e85dca24c2dd7e0890&scene=27

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_20661652

[12] 曹则贤. 物理学咬文嚼字之六十六 参照系?坐标系! [J]. 物理, 2014, 43(11): 767-772.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-WLZZ201411014.htm

[14] Vladimir I Arnol'd ((Arnold). On teaching mathematics [J]. Russian Mathematical Surveys, 1998, 53(1): 229-234.  Number 1, February 1998

doi:  10.1070/RM1998v053n01ABEH000005

https://iopscience.iop.org/article/10.1070/RM1998v053n01ABEH000005

相关链接：

[1] 2022-09-28，历史上经典科学实验的现代再检验：“硬凑”的逻辑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357231.html

[2] 2019-07-02，记忆：南开大学2008年《科学素质教育课程骨干教师高级研修班》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187783.html

[3] 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

[4] 2020-03-24，[呼吁] 电磁波依赖参照系的判定实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1225059.html

[5] 2019-04-06，[呼吁] 经典电磁学实验的现代高精度、高稳定性再检验！

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1171840.html

[6] 2022-10-12，[答疑，备课，坍缩] 正弦量合情合理地变成相对静止的矢量，一点也不奇怪

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1359135.html

[7] 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

[8] 2022-10-14，[小资料] 阿诺德原理、复杂的模型几乎毫无用处：出自 1998年《On teaching mathematics》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1359459.html

[9] 2017-01-09，复杂方法在实际中往往用途不大（在有噪声的情况下）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1026473.html

[10] 2017-07-09，[随感] 物理学是物理学；数学是数学。https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1065389.html

[11] 2023-02-15，[专业微信群贴出] “静止”的宏观点电荷会激发出磁场，并发射出电磁波吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1376384.html

[12] 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

“P 对 NP, P vs NP”博文链接：

[1] 2023-06-29，[请教] P对NP（三）：“NP完全性, NP-completeness”之后

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1393466.html

[2] 2022-06-10，[请教] P对NP（二）：结果的相对性与“1+3”种证明

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342404.html

[3] 2012-03-23，[请教] P对NP：请***教授等专家指教（一）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-550859.html

[4] 2023-06-28，[补充扼要说明] “P对NP, P vs NP”问题的“1+3”种证明与无穷

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1393320.html

[5] 2023-06-27，[请注意] “P对NP, P vs NP”问题与“无穷 infinity”无关

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1393194.html

[6] 2023-02-11，[随笔] “P对NP, P vs NP, P versus NP” Problem 问题：问题与求解方法

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1375792.html

[7] 2023-01-17，[说明] 我对“P对NP”的所有研究，使用的都是现有的主流数学理论

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1372343.html

[8] 2015-05-22，The kernel of "P vs NP Problem": Axiom of power set!

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-892400.html

[9] 2011-09-15，A FULL PROOF to the P versus NP problem

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-486692.html

[10] 2011-09-06，My report and papers on "the P versus NP problem" (P vs NP)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-483639.html

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