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[小结] 我们在物理学上的主要“创新点”(?)

已有 1460 次阅读 2022-6-25 14:38 |个人分类:基础数学-逻辑-物理|系统分类:科研笔记

汉语是联合国官方正式使用的 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!

                                                            

[小结] 我们在物理学上的主要“创新点”(?)

           

   中学时期的我,自以为很适合搞物理学的!

                      

   作为爱因斯坦的粉丝,惭愧的是:俺在《物理学》方面的“创新点(?)”数量还真不多。并且忧心忡忡!

   因为,物理学,归根到底是实验科学。

   未经可信物理实验判定的,天晓得是不是真正的创新点。

                      

   网上一个通俗的说法:理论物理由《理论力学》、《电动力学》、《量子力学》和《热力学与统计物理》四大部分组成。

   电动力学(electrodynamics)是电磁现象的经典的动力学理论。通常也称为经典电动力学。通俗地说,就电磁场。

   我是教本科生《电工学》的教师,所谓《物理学》,主要是与电磁场有关的思考。在其它方面基本上不涉及,偶尔接触一点《量子力学》。

   一些内容,在以前的博文里陆续汇报过。本文是小结。

                                                  

0、【“创新点”(?)】的解释

   1)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:

    “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. 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。”

                   

   (2)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。

                          

   (3)“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

                       

   (4)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

                    

   (5)“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

                      

   简言之:

   物理学,归根到底是实验科学。

   一个未经可信实验确认的理论推断,能自称“创新”吗?

   合理的答案:是一个“创新点”(?)

                                                  

一、[真创新点] 狭义相对论的滤波器解释

   很久以前,在《电工学》备课时偶然发现的:

   1905年爱因斯坦提出了狭义相对论中的 Lorentz 收缩 —— 一个实数域的公式。1958年彭罗斯(Roger Penrose),以及 1959年 J. Terrell 证明 Lorentz 收缩等效于一个旋转,并且给出了旋转角度。可以证明,按照光速 和物体运动速度 的特定结合,可以将Lorentz 收缩用一个矢量(复数)公式表示。该矢量公式的模是爱因斯坦的公式,角度是彭罗斯、Terrell 给出的角度。并且该矢量公式有一个简单的物理(电路)解释 —— 一阶高通滤波器。由于 Lorentz 变换与 Lorentz 收缩有相同的数学形式,因此狭义相对论可以解释成是对绝对时空的一种滤波效果。

   稿件在:

[1] 杨正瓴. Lorentz Contraction的矢量化表示和它的滤波器解释[EB/OL]. 北京:中国科技论文在线 [2005-04-27].

http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200504-173

                   

   这是一个真正的“创新点”:

   当初将该观点投给一个权威的主流物理学 SCI 期刊。审稿人和编辑部都热情称赞这是一个“创新点”!但是,遗憾的是没有达到“本刊要求的水平”。

   那时,彭罗斯还没有获得 The Nobel Prize in Physics 2020。

   现在,《[求证] 彭罗斯(Roger Penrose)都拿诺贝尔奖了。俺的“高通滤波器”教学创新是不是也该涨价了?》, https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1289534.html

                            

二、[真创新点?] SI 安培新定义

   2019-05-20(国际计量日)开始执行的 SI 基本单位“安培”新定义,基本上和我 2012-04-12 建议的“第二方案”一致。

  

   详见:

(1)2020-10-04,[优先权?] 中国人首先提出 SI 基本单位“安培”新定义?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1253168.html

(2)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

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

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1253075.html

                           

   基于对磁场性质的反思,2008-11-12 在南开大学大会发言里,我提出了两个具体观点:第一个就是建议修改 SI 的安培定义;第二个,怕出错,就不在这里向老师们汇报了。假如这第二个理论推断正确,则其价值不菲。应该属于是“高端原始创新”?

                        

三、[坚持者] 电荷能量关系

   详见:

(1)2020-10-08,《爱因斯坦的相对论对偶化之后的一些可能推断》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1253596.html

(2)杨正瓴. 电工教学中的“科学”发现与猜测(“电荷-能量关系”),《高教研究与探索》,1996,4:pp10-13.

          

   可惜,外国人 Balcytis 在 1969年,Whitmire 在 1973 年已经独立提出了。虽然俺也是独立提出者,不过只能算个“坚持者”吧!

   参考资料:

[1] D. P. Whitmire. The equivalence of charge and energy [J]. Lettere al Nuovo Cimento, 1973, 7(8): 305-309.

https://doi.org/10.1007/BF02733781

https://link.springer.com/article/10.1007/BF02733781

[2] A. Balcytis. The problem and the methodod of the theory of the generalized chains, in Proceedings of the XIX Lithuanian Republic Scienti]ie-Technical Con/erence (Kaun&s, 1969), p. 2.      (1969年是已知最早的)以及

[2-2] A. Balcytis. On the equivalence of electric charge and energy [J]. Lettere al Nuovo Cimento, 1974, 10(18): 835-836.

https://doi.org/10.1007/BF02742597

https://link.springer.com/article/10.1007/BF02742597 

                    

四、[坚持者] 引力磁

   现在已知最早的是 Oliver Heaviside 在1893年提出的。后来有爱因斯坦的广义相对论实质性蕴含这个概念。

   详见:

[1] Oliver Heaviside. A Gravitational and Electromagnetic Analogy Part I. The Electrician, 1893, 31: 281-282. 

https://sergf.ru/Heavisid.htm

[2] Oliver Heaviside. A Gravitational and Electromagnetic Analogy Part II. The Electrician, 1893, 31: 359.

https://sergf.ru/Heavisid.htm

Oliver Heaviside, 1850-05-18 ~ 1925-02-03 22_副本.jpg

Oliver Heaviside, 1850-05-18 ~ 1925-02-03

   海维赛德(Oliver Heaviside),英国杰出的物理学家,进入了《大英百科全书》的词条:

   Oliver Heaviside, (born May 18, 1850, London — died Feb. 3, 1925, Torquay, Devon, Eng.), physicist who predicted the existence of the ionosphere, an electrically conductive layer in the upper atmosphere that reflects radio waves. In 1870 he became a telegrapher, but increasing deafness forced him to retire in 1874. 

   (1)Oliver Heaviside | British physicist | Britannica

https://www.britannica.com/biography/Oliver-Heaviside

   (2)Oliver Heaviside, MacTutor History of Mathematics Archive

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

   海维赛德于 1893年预言了“引力波 gravitational waves”,比爱因斯坦早了25年。

                            

   虽然俺也是独立提出者,不过只能算个“坚持者”吧!

             

   还是那句话,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。

                            

五、[思考者] 反思磁场基本概念,构造判定实验原理方案

5.1 反思电磁场的直接原因

   (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?

                            

5.2 反思电磁场的一些博文

   详见:

   (1)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

   (2)2022-06-14,[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342966.html

   (3)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

                        

5.3 反思电磁场的一些看法,正在进行

   (1)反思磁场的第三个具体观点:矢量不足以描述电磁场

   不巧,该观点早被1959年的 Aharonov–Bohm effect 确认了,(Yakir Aharonov, David Bohm)。后来 1975年吴大峻-杨振宁老师认为:

   “吴杨有一个结论说,电磁场是客观实在,但是对电磁场的描叙上,场强(E,B,也就是电磁张量F)的描述并不足够,而电磁势(A,f,也就是四维势A)的描述有所多余。一个恰当的描述是,是关于电磁势回路积分的一个相位因子。” 引用自:刘全慧,2010-10-05,最是难解电磁场 精选   https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-369794.html

                

   (2)正在思考的其它看法,尚未在 SCI、EI 等公开发表,就不说了吧?

   请看:2022-06-14,[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342966.html

                                

物理学创新,实在太难了!

据说希尔伯特曾说过一句有名的话:“物理对于物理学家来说实在是太难了!”

引用自:科学网,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

          

六、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

   所以,近几年基本上不做公式推导,主要是“反思基本概念,构造判定实验”。  

   正如费米所说:“第一条,这一条也是我所喜欢的,是对你所计算的过程有一个清晰的物理图像。One way, and this is the way I prefer, is to have a clear physical picture of the process that you are calculating.” 

        

感谢您的批评与指点!

早发表,晚评价。”“努力在我评价在人。”——华罗庚

早就累傻了。肯定有遗漏的和错误的!请您指出哪些是错误的?感谢!

        

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 (杨振宁). 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] Tai Tsun Wu (吴大峻), Chen Ning Yang (杨振宁). Concept of nonintegrable phase factors and global formulation of gauge fields [J]. Physical Review D, 1975, 12(12): 3845-3857.  15 December 1975

DOI:  https://doi.org/10.1103/PhysRevD.12.3845  

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.12.3845

[8] Freeman Dyson. A meeting with Enrico Fermi [J]. Nature, 2004, 427(6972): 297-297.

DOI: https://doi.org/10.1038/427297a

https://www.nature.com/articles/427297a

[9] 中国大百科全书(天文学)[M], 太阳系内的引力定律 law of gravitation in solar system. 北京:中国大百科全书出版社,1980.

[10] 翟向华, 陈莉, 李新洲. 卡西米尔效应研究现状及展望[J]. 科学, 2011, 63(1): 8-11.  doi: 10.3969/j.issn.0368-6396.2011.01.003

http://www.cqvip.com/qk/71135x/201107/36478312.html

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/kx201101003

相关链接:

[1] 2022-06-24,[小结] 我们在数学上的主要创新点(概率与统计之外)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344353.html

[2] 2022-06-22,[小结] 我们在概率论、数理统计学方面的主要创新点(和应用)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344083.html

[3] 2021-09-30,往日(6):我们对电力负荷预测的一些看法 

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1306311.html

[4] 2008-11-11,[转载] 南开新闻网,2008-11-11,科学素质教育课程骨干教师高级研修班在南开举行

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1256400.html

http://news.nankai.edu.cn/zhxw/system/2008/11/10/000019982.shtml

[5] 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

[6] 2022-06-05,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(3):高原创部分

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341672.html

[7] 2022-06-04,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(2):部分完成或价值待定

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341531.html

[8] 2022-06-03,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(1):“常规”研究的部分

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341405.html

[9] 2020-08-13,傻正式发表过的“文化”类部分稿件的目录

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1246209.html

[10] 2020-07-22,羡慕居里夫妇当初的科研条件

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1243092.html

                 

感谢您的指教!

感谢您指正以上任何错误!

感谢您提供更多的相关资料!

  

                     

———— 附录:阿诺德的几句话 ————

阿诺德 Vladimir Igorevich Arnold 1937  2010.png

Nasce il Centro Arnold-Regge

http://matematica.unibocconi.it/news/nasce-il-centro-arnold-regge

上面的图片来自互联网。感谢有关人员!

                                         

   下面是从《An Interview with Vladimir Arnol'd [J], NOTICES OF THE AMS, 1997》摘录出来的两段阿诺德Vladimir Igorevich Arnold, влади́мир и́горевич арно́льд, 1937-06-12 ~ 2010-06-03)观点:

   The Russian attitude toward knowledge, science, and mathematics always conforms to the old traditions of the Russian intelligentsiya. This word does not exist in other languages, since no other country has a similar caste of scholars, medical doctors, artists, teachers, etc., who find more reward from their contributions to society than from personal or monetary gains.

   One other characteristic of the Russian mathematical tradition is the tendency to regard all of mathematics as one living organism. In the West it is quite possible to be an expert in mathematics modulo 5, knowing nothing about mathematics modulo 7. One's breadth is regarded as negative in the West to the same extent as one's narrowness is regarded as unacceptable in Russia.

           

   网上的一个汉译:

   俄罗斯人对知识、科学和数学的态度一直保持着俄语“Intelligentsiya”的古老传统。这个词是其他语言中没有的,因为没有其他国家有一个类似的由学者、医生、艺术家、教师等组成的阶层,他们永远把为社会作贡献为先,个人名利在后。

   俄罗斯数学传统的另一特点是倾向于全面地把数学看成一个充满活力的有机体。西方学界有可能一个人只是数学上某一方面的专家,而对相邻分支一无所知。一个学者涉猎较广在西方学界被看成一大缺点,而恰恰在俄罗斯一个学者研究领域太窄被看成同样程度的不足。

                                         

———— 附录:普朗克的几句话 ————

   1933年2月17日,普朗克在柏林为德国工程师协会所做演讲中说:

   “科学是内在的整体,它被分解为单独的整体不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理到化学,从生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。”

《王媛. 为一段流浪的名人名言找到故乡[J]. 图书馆建设, 2019, (2): 158-162. 发布日期: 2019-03-26.》

                                    

(热门)[小结] 我们在物理学上的主要“创新点”(?) +1.jpg



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