真理越辩越明。

“什么伟大谦虚，在原则性问题上，从来没有客气过。”

汉语是联合国官方正式使用的 6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

“电磁学的实验再检验”：经典电磁学实验当代再检验的起因、意义要点

   为减少《电磁学的实验再检验》系列博文的内容重复，现将其起因、意义等，罗列在本博文。以便于您批评指正！

   当初备课时，想起了 100多年之前的那些经典实验。担心 100多年之前的那些经典实验的精度、稳定性等，无法和当代相比。所以根据爱因斯坦、高斯等人“实验比逻辑更重要”的思想，呼吁对经典的麦克斯韦电磁学进行实体的物理实验再检验。这是人类科技未来发展的“放心工程”。为尽力避免相对论、量子力学等的额外影响，所有当代再检验实验的设计尽力保证“宏观、低速”等，尽力符合麦克斯韦经典电磁理论适用的范围。

   历史上建立物理理论比较常见的成功路径：实体的物理实验 → 理想实验 → 数学公式。

一、物理学，归根到底是实验科学

   丁肇中说，实验是自然科学的基础。“理论不可能推翻实验结果，但实验可以推翻理论。任何理论，没有实验的证明就没有意义。实验推翻了理论，才能产生新的知识。”他说，“同时，做实验的人必须对理论有深刻的理解，才能做出有价值的实验。”

http://www.news.cn/local/2023-05/21/c_1129634866.htm

   “实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，是没有意义的。当实验推翻了理论以后，才可能创建新的理论，理论不可能推翻实验。过去400年，我们对物质结构的了解，大多来自实验物理。”【2023年】5月16日的演讲一开场，丁肇中如此强调。一模一样的话，他已说过太多遍。

http://www.inewsweek.cn/people/2023-05-29/18654.shtml

二、物理学：实验比逻辑更重要

2.1  爱因斯坦，人类历史上物理学家综合排行榜第二

   俺的偶像爱因斯坦（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。”

https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy-of-science/article/on-the-method-of-theoretical-physics/507E7A2A17B78863334FC598A46961EE

2.2  高斯，人类历史上数学家综合排行榜第二

   当别人问高斯如何得到他定理，人类历史上数学家综合排行榜第二的高斯，毫不含糊地说：“…通过系统的、明显的实验。... through systematic, palpable experimentation. ... durch planmässiges Tattonieren.”：

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

   伟大数学家高斯在1830年给贝塞尔的信中写道：

   "We must admit with humility that, while number is purely a product of our minds, space has a reality outside our minds, so that we cannot completely prescribe its properties a priori. 我们必须谦虚地承认，虽然数字纯粹是我们头脑的产物，但空间在我们头脑之外有一个现实，因此我们不能完全先验地规定其性质。"

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

2.3  庞加莱，人类历史上数学家综合排行榜第三

   就连人类历史上数学家综合排行榜第三的庞加莱也强调逻辑的局限性。

图1  （美）玛莎·葛森著. 完美的证明 一位天才和世纪数学的突破[M]. 2012 page 153 截图

   网传庞加莱公然说：逻辑是证明的工具，直觉是发明的工具。逻辑可以告诉我们走这条路或那条路保证不遇见任何障碍，但是它不能告诉我们哪条道路能引导我们到达目的地。为此必须从远处瞭望目标，教导我们瞭望的本领的是直觉。没有直觉，数学家就会像这样一个作家，他只会按语法写诗，但是却毫无思想。

   我只找到了“It is by logic we prove, it is by intuition that we invent. 我们用逻辑证明，用直觉发明。”，以及“Logic, therefore, remains barren unless fertilised by intuition. 因此，除非得到直觉的滋养，否则逻辑仍然是贫瘠的。”

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Poincare/

2.4  特斯拉，其姓氏被命名为国际单位制（SI）里的磁感应强度单位

   《Modern Mechanix and Inventions》杂志 1943年7月刊登的 Nikola Tesla （特斯拉）的文章“Radio power will revolutionize the world, As told to Alfred Albelli”，里面第117、118 也里有：

   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。

https://www.rastko.rs/projekti/tesla/delo/10884

https://teslaresearch.jimdofree.com/articles-interviews/radio-power-will-revolutionize-the-world-modern-mechanics-july-1934/

图2  《Modern Mechanix and Inventions》杂志 1943年7月 截图

2.5  阿诺德，大数学家，2001沃尔夫数学奖等

   1998年在“On teaching mathematics 论数学教学”里说：

   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）。

图3  截取自 Arnold, 1998, On teaching mathematics 第232页

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

2.6  费曼，物理学家，1965年诺贝尔物理学奖等

   费曼（Richard Phillips Feynman）在1957年查珀尔希尔（Chapel Hill）会议上说：

   在历史上，在发现了正确的东西很多年之后，才会出现对一个人所说的是对还是错的严格的分析。而且，正确的东西都是在实验的帮助之下才发现的。在没有实验指导的情况下尝试数学的严格，这才是造成这个学科困难的原因，而不在于方程。

图4  截取自（美）肯尼菲克著. 传播，以思想的速度：爱因斯坦与引力波[M]. 上海：上海科技教育出版社，2010. 第 259 页

三、电磁学经典实验，100多年之前的物理实验，精度、稳定性远低于当代

3.1  杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲截图

图5  杨振宁老师1978年7月6日《从历史角度看四种相互作用的统一》的观点，杨振宁文集(上)，p.250，来自刘全慧老师博文。

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

图6  杨振宁著 杨振玉等译. 基本粒子及其相互作用[M]. 1999，第 71 页截图

   杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲全文，请看：

   世界科学译刊编辑部. 从历史角度看四种相互作用的统一（根据杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲整理）[J]. 世界科学译刊， 1979, (01): 1-13.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SJKE197901000.htm

3.2  《中国大百科全书》词条“库仑定律/Coulomb's law”。

   “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”。

图7  《中国大百科全书》词条“库仑定律/Coulomb's law”局部截图

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

3.3  费曼谈“密立根油滴实验”

   理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）1974年在加州理工学院的一场毕业典礼演说中“草包族科学”（Cargo cult science）里列举了密立根和后人实验的“瑕疵”：

   如果你把在密立根之后、进行测量电子带电量所得到的资料整理一下，就会发现一些很有趣的现象：把这些资料跟时间画成坐标图，你会发现这个人得到的数值比密立根的数值大一点点，下一个人得到的资料又再大一点点，下一个又再大上一点点，最后，到了一个更大的数值才稳定下来。

   Millikan measured the charge on an electron by an experiment with falling oil drops, and got an answer which we now know not to be quite right. It's a little bit off because he had the incorrect value for the viscosity of air. It's interesting to look at the history of measurements of the charge of an electron, after Millikan. If you plot them as a function of time, you find that one is a little bit bigger than Millikan's, and the next one's a little bit bigger than that, and the next one's a little bit bigger than that, until finally they settle down to a number which is higher.

   来自：Cargo Cult Science, Richard Feynman. From a Caltech commencement address given in 1974. Also in Surely You're Joking, Mr. Feynman!

https://sites.cs.ucsb.edu/~ravenben/cargocult.html  

https://calteches.library.caltech.edu/51/2/CargoCult.htm

3.4  其他人的观点

   （1）2018-06-02，当今顶尖的物理学家 Neil Turok 说：“自1970年代后，所有的理论工作都还没有产生一个成功的预言，这是很令人震惊的现状。” 引用自：科学出版社，2018-06-09，21世纪的物理学，迷失方向了吗？

http://www.sohu.com/a/234786002_410558

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1213380.html

2018-06-02，Why some scientists say physics has gone off the rails

   "All of the theoretical work that's been done since the 1970s has not produced a single successful prediction," says Neil Turok, director of the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Canada. "That's a very shocking state of affairs." This doesn't mean physicists aren't busy; the journals are publishing more research than ever. But Turok says all that research isn't doing much to advance our understanding of the universe — at least not the way physicists did in the last century. Lots of activity, little progress Physicists today "write a lot of papers, build a lot of [theoretical] models, hold a lot of conferences, cite each other — you have all the trappings of science," he says. "But for me, physics is all about making successful predictions. And that's been lacking."

   “自 1970 年代以来所做的所有理论工作都没有产生一个成功的预测，”加拿大滑铁卢周边理论物理研究所所长 Neil Turok 说。“这是一个非常令人震惊的情况。” 这并不意味着物理学家不忙。现在期刊发表的研究比以往任何时候都多。但图罗克说，所有这些研究都对增进我们对宇宙的理解没有多大帮助——至少不像物理学家在上个世纪所做的那样。活动多，进展少。今天的物理学家“写了很多论文，建立了很多[理论]模型，举行了很多会议，互相引用——你拥有科学的所有特征，”他说。“但对我来说，物理学就是要做出成功的预测。而这一直是缺乏的。”

   （2）“一个伟大的春季大扫除开始了，几乎所有的东西都被排除了。”麻省理工学院（MIT）宇宙学家 Max Tegmark 说道，“它不仅动摇了实验领域，还动摇了理论世界。” 引用自：科学网，2014-03-25，引力波证据引发理论物理“大扫除”

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2014/3/284998.shtm

   （3）曾经，在丁肇中实验的某一领域，专家们给出了200余种理论。有人问他哪个是对的，该怎么办？他回答：“不怎么办，继续做实验。”他说，“经验，至少对我来说是没有意义的。专家，更没有意义。” 引用自：科学网，2014-10-21，丁肇中：一生最重要选择就是只做一件事

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/10/305802.shtm

   （4）“真正的物理学家，其思想能够穿透存在的迷雾，猜得透自然的奥秘。他们的成就共同构筑起人类知识之最厚重、最珍贵的部分、刻在其创造者的墓碑上，也刻在仰慕者的心头。”曹则贤表示，其深奥程度也许正如某位德国马普所物理学家所说：“其实这个世界上80％的物理学家根本不懂物理。” 引用自：科学网，程唯珈，2019-05-14，曹则贤：世界上80％的物理学家根本不懂物理

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/5/426211.shtm

特别说明：牛顿，人类历史上物理学家综合排行榜第一

   他一生花在“实验”上的时间和精力，明显超过搞理论的精力和时间。

图8  牛顿 Sir Isaac Newton, 1642-23-25 ~ 1727-03-20 (1643-01-04 ~ 1727-03-31, New Style)

照片来自互联网，感谢原作者和有关人员！

还是上照片，照顾一下牛顿的情绪吧！大家都不容易，做人要厚道。

   I have not been able to discover the cause of those properties of gravity from phenomena, and I frame no hypotheses; for whatever is not deduced from the phenomena is to be called a hypothesis, and hypotheses, whether metaphysical or physical, whether of occult qualities or mechanical, have no place in experimental philosophy.

   【机器翻译】我还没能从现象中发现引力这些特性的原因，我也没有提出任何假设；因为任何没有从现象中推导出来的东西都被称为假说，而假说，无论是形而上学的还是物理的，无论是神秘的还是机械的，在实验哲学中都没有立足之地。

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Newton/quotations/

附录：对孟德尔豌豆实验的争议

   什么是豌豆的形状（圆形还是皱形）、种子胚乳颜色（黄色或绿色）？

   下图是 Science 期刊 2015年刊出的牛津生物学家 W. F. R. Weldon 给孟德尔老师找茬的照片：

   图9  引用自：A plate of peas. In this photographic plate from Weldon's 1902 article (8), imaqes 1 to 6 and 7 to 12 show a color scale from green to yellow in the seeds of two hybrid pea varieties (with the seed coats removed). Images 13 to 18 show color variation in cotyledons of the same seed, and 19 to 24 show differences between the color of a seed's coat and its cotyledons (though Weldon was not happy with the colors as published). Another, black-and-white plate displayed degrees in the development of wrinkles. Weldon's point was that inherited characters are diverse in ways that a Mendelian perspective, indifferent to developmental context, neither acknowledges nor accounts for.   CREDIT: UNIVERSITY OF LEEDS

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aab3846

https://www.science.org/cms/10.1126/science.aab3846/asset/85a6628e-0e51-4ef7-ab66-8dc841e9d8d0/assets/graphic/350_159_f1.jpeg  

   机器翻译：一盘豌豆。在这张 Weldon 1902 年文章 (8) 的照相底片中，imaqes 1 到 6 和 7 到 12 显示了两个杂交豌豆品种（去除了种皮）的种子从绿色到黄色的色阶。 图像 13 到 18 显示了同一种子子叶的颜色变化，而 19 到 24 显示了种子外皮颜色与其子叶之间的差异（尽管 Weldon 对公布的颜色不满意）。 另一个黑白板显示皱纹发展的程度。 Weldon 的观点是，遗传的性格是多种多样的，孟德尔观点对发展背景漠不关心，既不承认也不解释。  感谢 Science 的这张图片，科普用途。

   上面是牛津生物学家 W. F. R. Weldon（Oxford biologist W. F. R. Weldon）给孟德尔老师找茬的照片。在 1900-10-16 和 1901-11，Weldon 两次将这些疑虑写信给 Karl Pearson（1857-03-27 ~ 1936-04-27，数理统计学之父）：“他要么是一个……骗子，要么是一个了不起的人，He is either a…liar, or a wonderful man, ”。

   1936年 Ronald Aylmer Fisher（1890-02-17 ~ 1962-07-29，现代数理统计学的奠基人之一）发表论文，认为孟德尔老师的豌豆实验结果“好得令人难以置信，too good to be true”。论文为：Fisher R. A., Ann. Sci. 1, 115 (1936).

   于是，Science杂志说的“Mendel-Fisher controversy”（孟德尔-费希尔争议）爆发了。

   可惜，到现在未见可信的孟德尔豌豆的重复实验。

参考资料：

[1] 新华网，2023-05-21，诺贝尔奖获得者丁肇中：兴趣是科研的第一驱动力

http://www.news.cn/local/2023-05/21/c_1129634866.htm

   丁肇中说，实验是自然科学的基础。“理论不可能推翻实验结果，但实验可以推翻理论。任何理论，没有实验的证明就没有意义。实验推翻了理论，才能产生新的知识。”他说，“同时，做实验的人必须对理论有深刻的理解，才能做出有价值的实验。”

[2] 中国新闻周刊，霍思伊，2023-05-29，87岁丁肇中：科学就是多数服从少数

http://www.inewsweek.cn/people/2023-05-29/18654.shtml

   丁肇中就是“把多数推翻的极少数”，他采取的办法很简单，就是实验。

   “实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，是没有意义的。当实验推翻了理论以后，才可能创建新的理论，理论不可能推翻实验。过去400年，我们对物质结构的了解，大多来自实验物理。”5月16日的演讲一开场，丁肇中如此强调。一模一样的话，他已说过太多遍。

   1976年诺贝尔物理学奖的获奖仪式上，丁肇中决定用中文演讲。他说，中国有一句古话：“劳心者治人，劳力者治于人。”由于这种思想，很多发展中国家的学生们都偏向于理论的研究，而避免实验工作。事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是，物理学是从实验产生的。

   丁肇中说，“做新的事情总有人有不同的意见，不同的意见不是坏事。永远记住，人是向前走的，你不做，别人就会做，你就只能跟在别人后面。科学上的事情不能用投票来解决，我的每一个实验都遭到很多人反对，你去做，才能站到大家的前面。”

[3] 科学网，2012-06-27，丁肇中：我这一辈子做每个实验都有大量人反对

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/6/266143.shtm

   丁肇中说，他这一辈子做的每个实验都有大量的人反对。但科学的进展是多数服从少数，极少数人把大家的观念推翻了之后，科学才能向前走。所以科学不是靠投票解决的，可能一万人里有九千九百九十九人反对你，但不代表他们就是对的。

[4] Albert Einstein. On the Method of Theoretical Physics [J]. Philosophy of Science, Vol. 1, No. 2 (Apr., 1934), pp. 163-169 (7 pages), Published By: The University of Chicago Press

doi:  10.1086/286316

https://www.jstor.org/stable/184387

https://www.cambridge.org/core/journals/philosophy-of-science/article/on-the-method-of-theoretical-physics/507E7A2A17B78863334FC598A46961EE

[5] Quotations, Carl Friedrich Gauss, MacTutor History of Mathematics archive [DB/OL]

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

[6] Jules Henri Poincaré, MacTutor History of Mathematics archive [DB/OL]

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Poincare/

[7] 世界科学译刊编辑部. 从历史角度看四种相互作用的统一（根据杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲整理）[J]. 世界科学译刊， 1979, (01): 1-13.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SJKE197901000.htm  

[8] 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

[9] 科学网，2018-11-16，国际计量大会重新定义“千克” 国际单位制迎来重要变革 [EB/OL]

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/11/420020.shtm

[10] 中国科学院科学智慧火花，2012-04-12，SI基本单位中安培定义的两种可能缺陷

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=4681

[11] 2022-01-20，特斯拉，N./Nikola Tesla/瞿文安，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=126651&Type=bkzyb&SubID=98343

[12] 2022-01-20，阿诺德，V.I./Vladimir Igorevich Arnold/陆启韶，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=58394&Type=bkzyb&SubID=63597

[13] Vladimir Arnold, Wolf Prize Laureate in Mathematics 2001, Wolf Foundation

https://wolffund.org.il/2018/12/10/vladimir-i-arnold/

[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

[15] Gregory Radick. Beyond the "Mendel-Fisher controversy"[J]. SCIENCE, 2015, 350 (6257): ‏ 159-160. OCT 9 2015. DOI: 10.1126/science.aab3846

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aab3846  

https://science.sciencemag.org/content/350/6257/159

[16] R.A. Fisher. Has Mendel's work been rediscovered?[J]. Annals of Science, 1936, 1(2): 115-137. 

doi: 10.1080/00033793600200111

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00033793600200111  

[17] James F.Crow. Fisher's contributions to genetics and evolution[J]. Theoretical Population Biology, 1990, 38(3): 263-275.

doi:  10.1016/0040-5809(90)90013-L

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/004058099090013L  

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