◇◇新语丝(www.xys.org)(xys7.dxiong.com)(xys.ebookdiy.com)(xys2.dropin.org)◇◇

　　从位移电流假说看科研中的假设与求证

　　作者：moonzy

　　上电动力学课讲位移电流意犹未尽，便在此多唠叨几句。

　　学过电动力学的都知道，恒定电流产生的静磁场是有旋的，其磁感应强度的
旋度和电流密度成正比。那么我们自然会设想，如果电流不是恒定的，而是随时
间改变的（比如交流电），产生的磁场又会是怎样的呢？其磁感应强度的旋度是
否还是单纯地正比于来自真实电流（用以区别于后面的位移电流）的密度？

　　天知道！怎么办？

　　于是先假设非恒定电流产生的磁感应强度的旋度依然单纯地正比于真实电流
的密度，那么根据矢量分析的办法很容易得出此时电流密度的散度为零，而电荷
守恒定律却要求非恒定电流的电流密度的散度不为零。因此，如果上述假设成立，
则导出的结果将和电荷守恒定律矛盾。

　　电荷守恒定律到目前为止都是神圣不可侵犯的。当然，很多“民间科学大师”
成天都致力于推翻这守恒，打倒那定律。我们哪有他们那个大才，不光我们没有，
大物理学家麦克斯韦也没有。因此在他们所定义的那个科学世界里，电荷可以随
意守恒或不守恒，但在我们定义的科学世界里，还没有证据证明电荷可以无端地
产生和消灭。

　　因此，首先可以得出个否定性的结论，非恒定电流产生磁感应强度的旋度不
再单纯正比于真实电流的密度。

　　接下去怎么办？

　　伟大的麦克斯韦引入一个新的“电流”，称为位移电流，并提出如下要求：

　　第一、把真实电流密度和位移电流密度加在一起作为总电流密度，并使总电
流密度的散度为零。根据针对真实电流的电荷守恒定律，很容易得出位移电流密
度的散度等于自由电荷密度的变化率；

　　第二、位移电流和真实电流一样，要产生磁效应。这一条很重要，因为磁效
应是可以用实验测量的，是可以检验的。

　　根据这两条，最终可以将产生于非恒定电流的磁感应强度的旋度写为两项，
第一项与恒定情形一样，正比于真实电流的电流密度，第二项则正比与位移电流
密度。

　　还没完，为什么？

　　因为到处为止，我们只知道位移电流密度的散度等于自由电荷密度的变化率，
但没有将位移电流本身直接和某个可以测量的物理量联系起来。

　　于是，又加了一个假设：

　　静止电荷系统产生的静电场的高斯定理在非恒定情况下也成立。

　　这样，最终把位移电流密度表示为正比于电场变化率，进而得出：一般情况
下磁感应强度的旋度包含两项的贡献，一是真实电流密度，二是电场变化率。

　　依然没完，为什么？

　　因为这个最终的公式是在三个假设的基础上得出的，这些假设对不对还是需
要实验检验。好在到此为止公式中的所有物理量（磁感应强度，电流密度和电场
强度）都是可以直接测量的，因而这个公式已经是可证伪的了。只要测出这些量
并代入公式就可进行检验，如果检验结果确实是那么回事，那说明得出此公式所
用的三个假设很可能是正确的，如果不是那么回事，说明那些假设肯定有问题，
需要修正。幸运的是，很多实验（如果光在真空中以光速传播）都确凿地证明了
这些假说的正确性。

　　因此，科研中的重大进展往往确实是基于某些大胆的假说的，但这些假说也
不是无的放矢地凭空狂想，而是有的放矢的猜想。另外，假说最终必须和某个可
测的量联系，只有这样，得出的理论才可能具有可证伪性。否则，用Pauli的那
句名言，就是：

　　连错误都算不上！

(XYS20130325)

◇◇新语丝(www.xys.org)(xys7.dxiong.com)(xys.ebookdiy.com)(xys2.dropin.org)◇◇