电磁学四大基本定律被证伪？警惕“颠覆成熟经典理论的研究”

最近，一则题为《电磁学领域的新发现 电磁学四大基本定律被证伪》的新闻闯进我们的视线。文中称，某博士耗资 1500 多万人民币、历时两年研发新型电机，却完全失败了。于是，他怀疑电机所依据的两大电磁学定律以及另外两大电磁学定律的正确性，进而得出了颠覆性的“新发现”……

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我们来看看报道中这个长句：

依据载流导体在磁场中受力这一安培定律和导体切割磁力线产生电动势这一法拉第电磁感应定律开发新型电机的工程完全失败了。

貌似很不好懂的一大堆，意思是什么呢？其实这里牵扯到的是高中阶段的物理知识：经典电动机的基本原理都是安培力定律（注意，不是安培定律），经典发电机的基本原理都是法拉第电磁感应定律。因此，把前述结论总结一下，就是：

依据经典原理开发新型电机的工程完全失败了，所以电磁学经典理论一定有问题。（因为这话是不对的，所以加了删除线）

那么这个结论可信吗？看到我特意加了删除线，你一定能猜得到，不对。实际上，读了相关论文，感觉作者处于电磁学刚入门时懵懵懂懂好奇探索的状态，让我回忆起自己刚学了点电磁相关理论却怎么也做不对题的时光……所以今天我们不浪费时间在批驳论文上，这里要讨论的重点是，遇到科学领域“大新闻”的时候，如何培养“快速识别是否靠谱”的直觉，以免浪费宝贵时间。

还没反思技术细节

就挑战经典理论的新闻

科学在每个问题上都追求最简模型。我们中学时代做物理题时，常常假设摩擦力为零、导线电阻为零、滑轮自重为零、真空绝无气体、容器完全隔热、丝线无比坚韧、数值绝对精确、重力场电场磁场完全均匀。这些都是科学世界里的理想模型。

所谓理想模型，现实中当然做不到，真正到了技术应用的时候，就会遇到磨损问题、阻尼问题、能耗问题、散热问题、噪声问题、材料疲劳问题、仪器精度问题等等，达不到理论计算的结果简直太正常。

这时要努力完善设计，消减误差干扰，发起同行评审，而不是随口说什么“我扔出一个小球，动能和势能都大于零，而小球最后停下来了，动能和势能都归于零，所以我推翻了能量守恒定律”。

从日常生活到高端科技，从住宅用电到工业生产，这些电磁学定律及其衍生的各种产品早已得到亿万人的无数次反复验证。如果这时候一个人研发失败，就好比上实验课，周围同学都做得出来，唯独他做不出来，这能说明实验演示的原理有错么？不能，他需要自查自纠，好好看看自己的环境、仪器、材料、步骤出了什么问题。

回到这次的事件，就算依据经典原理开发新型电机的工程完全失败了。那么也应该先去检查“新型”新在哪里，改了什么，可能有哪些影响因素，其他人为什么能做出来，而不是先去质疑原理。

即便是资深内行人，以严谨的态度做实验，都难免出现各种意想不到的技术问题，甚至闹出乌龙。以 2011 年的 OPERA 实验为例，这次实验疑似发现中微子超光速，似乎对狭义相对论提出了严峻挑战。由于确实是专业人员操作精密设备，并进行了基本的验证，加上当时对中微子的了解太少，因此科学界严肃地考察了此次发现，可惜最终更细致的调查却发现是设备中一处光缆连接松动造成了通信延迟，结果两位团队领导者引咎辞职。

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不要轻信颠覆

成熟经典的新闻

经典理论之所以成为经典，是因为经历了无数人的严厉审视和周密补全。我们以引力为例来说明这一点。

最初，亚里士多德（他是真实存在的）论证出大地是一个球体，并且地球位于宇宙中心，土元素和水元素有向宇宙中心聚拢的趋势，所以在每个位置，都以地心为“下方”。这样住在另一面的人不会掉出去。在当时的认知水平下，亚老师的理论能够解释已知事实。所以，在“地球是宇宙中心”的公设下，他的朴素重力理论存活了很久，并且地圆说还在麦哲伦船队这里得到了验证。

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但是开普勒定律确认了日心说，推翻了地心公设，所以“另一面的人为何不会掉出去”又成了问题，但牛顿的万有引力定律很快补全了这块拼图。

万有引力定律能轻松解释水金地火木土六大行星的运行周期和开普勒总结的椭圆轨道——如果再有一颗新行星来验证它就更好了。天王星就提供了这样的验证机会。

在对天王星的观测过程中，人们一边感叹牛顿引力理论的正确性，一边又发现天王星运行得有点不太符合预期。但如果坚持引力理论，就得承认天王星外还有一颗未发现的大行星。好在，天文学家按照预测结果去寻找，果然找到了海王星。这是万有引力理论的辉煌胜利，也是科学方法的辉煌胜利。

而天文观测还发现，木卫进出木星阴影的时间，会随着木星远离地球而逐渐滞后。如果坚持引力理论，就可以推断“光速有限”，定量计算光速，与基于麦克斯韦方程推算（又是另一个故事）的电磁波速度对照，猜想出“光是一种电磁波”。

至此我们可以体会到，牛顿的万有引力定律能够解释已知事实、能够得到验证、能够作出预测，这是科学方法和一拍脑袋的重大区别。它甚至跨界到电磁学获得成功，到了这一步，再想挑战牛顿万有引力定律就很艰难了。可想而知，爱因斯坦提出广义相对论，重塑对引力本质的认知，是多么不易。

而广义相对论不但兼容牛顿引力理论对普通物体的定量计算，还能成功解释水星近日点进动问题（牛顿引力理论难以解释的一个痛点）。它还预测了光线弯折、时间延缓、黑洞和引力波现象，并逐一得到证实。但即便如此，我们也不能简单地说广义相对论“推翻”了牛顿关于引力的理论，只能说广义相对论比牛顿的引力理论更加精确，且对引力的描述更加本质。

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因此，经典长久屹立，有牢靠的理由，并且一代站得比一代稳。所以我们说，对“颠覆经典”的报道不要轻信。

不要轻信

只破不立和自创术语的新闻

有很多“新发现”只宣称推翻了某某理论，却不提出新的观点。比如开头提到的那种——既然颠覆了电磁学，那么请问你的替代理论是？使用经典理论开发失败，那么使用你自创的新理论成功了吗？如何让大家认为你的证伪可信呢？如果没有下文，这种新闻就不能轻信。

还有一些“科学家”热衷于自创体系，发明术语。术语的概念十分含糊跳跃，与其说他是在研究科学，还不如说是在研究语言学、哲学乃至玄学。如果连 “质量”“长度”“时间”这些基础概念乃至数学工具都无法取得稳定共识，那就失去了交流基础。

结语

前面说的这些，用词都是“不要轻信”，而非“不要相信”。科技在不断发展进步，在未知领域和“已知”领域都可能刷新认知、收获新知识。例如引力波，过去没有条件探测，而随着技术进步，就有条件观测了。未来或许还会开发出放置在太空中的引力波测量系统，获得更高的精度和灵敏度，做出更多前沿发现。

另外再啰嗦几句促进理解的温柔话。民间科学家对正统科学家——姑且这么称呼吧，便于理解，无褒贬义——的一个误解是：他们以为后者想维护科学成果，会为已有理论被推翻而恐慌。其实科学家昼思夜想、殚精竭虑的，谁不想漂亮地推翻现有的理论啊，科学家想维护的，无非是科学方法罢了。假如一个理论真要被推翻了，研究新理论就意味着更多的机会，科学家高兴还来不及呢。

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本文为科普中国-星空计划作品

出品丨中国科协科普部

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作者丨曲炯 科普作者

审核丨刘茜北京天文馆研究员

策划丨丁崝

责编丨丁崝