能量守恒定律的討論

很多人對否定能量守恒定律感到恐懼，於是就找出很多理由來反對，即使這些理由不成立，也會說：“我就是相信能量守恒定律，我就是不相信能量不守恒”。這個定律能夠如此深刻地根植於人類思想深處，即便是優秀的物理學家亦不能免俗，物理學家被物理學教義所束縛，是很不可思議的事情。

能量守恒定律是焦耳在研究機械能和熱能以後得到的，他認為這是放之四海而皆準的真理，因為他那個時候還不懂電磁相互作用，描述電磁相互作用的理論是在20年以後由數學家麥克斯韋完成的。

麥克斯韋提出來位移電流可以產生磁場，真空中變化磁場和變化電場（位移電流）交替激發產生電磁波，而且算出來電磁波的速度等於光速。法國的數學家龐加萊（Henry Poincare）在1898年至1901年間曾提出過位移電流會導致動量不守恒的問題，但是19世紀的實驗手段還不足以檢驗位移電流效應，第一個檢驗位移電流產生磁場的實驗直到1985才完成，以至於很少有人記得他的猜想了 。

在物理學教義中對能量守恒定律有層層保護，很容易讓人俯首稱臣。第一個保護就是哈密頓原理和拉格朗日方程，很多人知道把運動量代入拉格朗日方程就能得到能量守恒的結果，但是很多人不知道，拉格朗日方程是在假設能量守恒的基礎上得到的，從它那裏得到能量守恒的結果是循環論證。很多人都被拉格朗日方程的完美迷住了，包括我曾經遇到的一位美國教授，當時這位教授讓我把電磁場張量代入拉格朗日方程看看能量是否守恒，我告訴他拉格朗日方程已經假設能量守恒了，這位教授馬上意識到他說錯了。

再有一個保護就是量子場論裏的能量流守恒定理，其實這個定理就是說電磁場中電場能和磁場能的總和守恒，沒有考慮位移電流和傳導電流相互作用的情況，我們現在發現恰恰是位移電流與傳導電流相互作用導致能量不守恒，所謂的能量流守恒定理有很大的欺騙性，人們總是習慣於相信定理啊，定律什麽的，忽略了它們的來源和適用範圍，一不小心就上當了。

還有一個保護就是場論裏的對稱性原理，也就是人們熟悉的尼澤（Neother)定理。能量守恒對應於時間平移對稱性，有一些學者對我說，你把能量守恒打破了，時間平移對稱性就沒有了，怎麽辦？我覺得沒有必要擔心，打破時間平移對稱性有什麽不好？天又不會塌下來，而且還多一個物理學發現。何況尼澤定理是在拉格朗日方程下推導出來的，前麵說了拉格朗日方程本身已經假設能量守恒了，所以尼澤定理不能用來證明能量守恒，它隻能證明在能量守恒時存在時間平移對稱性，這兩個概念是不一樣的。至於能量不守恒會怎麽樣？尼澤定律回答不了這個問題，這是由拉格朗日方程的假設前提決定的。

曾有一位學者對我說：“量子電動力學已經取得驚人的成就，它可以把電子磁矩算到非常精確的地步，如果你現在推翻麥克斯韋方程，難道量子電動力學都錯了嗎？”我回答這位學者說，我們的工作不是推翻麥克斯韋方程，恰恰證明它是正確的。與量子電動力學也沒有矛盾，比如說電子磁矩中沒有位移電流和傳導電流的相互作用，所以量子電動力學不考慮這個相互作用仍然能給出正確的結果。現在我們把這個作用包括進來，對以前的結果沒有任何影響。

有一次我跟一個同事聊天， 提到能量可能不守恒，他跟我說，如果愛因斯坦錯了，或許有可能，但是能量不守恒，打死我也不相信。現在知道要打破能量守恒定律會遇到多大的阻力了。很多人的思想都被這些枷鎖鎖住了，打開這些枷鎖耗費了我21年的時間。

大家可能已經注意到，反對方的立足點在於“相信”和“不相信”上，而不是自己的獨立思考，作為一個物理學家，首先要有獨立思考的能力，而不是“相信”的能力。曾經有一位吉林大學物理係二年級的學生告訴我，他與寢室中的同學討論了一晚上，弄明白了我的實驗原理。大學二年級的學生就可以想明白的問題，很多物理學教授想不明白，真的是很遺憾。

發現能量不守恒僅是一個開始，它將導致對電磁場的重新認識，在這之後會有更多新的發現，會造就很多新的物理學家，我有這樣的預感。