能量守恒定律的讨论

很多人对否定能量守恒定律感到恐惧，于是就找出很多理由来反对，即使这些理由不成立，也会说：“我就是相信能量守恒定律，我就是不相信能量不守恒”。这个定律能够如此深刻地根植于人类思想深处，即便是优秀的物理学家亦不能免俗，物理学家被物理学教义所束缚，是很不可思议的事情。

能量守恒定律是焦耳在研究机械能和热能以后得到的，他认为这是放之四海而皆准的真理，因为他那个时候还不懂电磁相互作用，描述电磁相互作用的理论是在20年以后由数学家麦克斯韦完成的。

麦克斯韦提出来位移电流可以产生磁场，真空中变化磁场和变化电场（位移电流）交替激发产生电磁波，而且算出来电磁波的速度等于光速。法国的数学家庞加莱（Henry Poincare）在1898年至1901年间曾提出过位移电流会导致动量不守恒的问题，但是19世纪的实验手段还不足以检验位移电流效应，第一个检验位移电流产生磁场的实验直到1985才完成，以至于很少有人记得他的猜想了 。

在物理学教义中对能量守恒定律有层层保护，很容易让人俯首称臣。第一个保护就是哈密顿原理和拉格朗日方程，很多人知道把运动量代入拉格朗日方程就能得到能量守恒的结果，但是很多人不知道，拉格朗日方程是在假设能量守恒的基础上得到的，从它那里得到能量守恒的结果是循环论证。很多人都被拉格朗日方程的完美迷住了，包括我曾经遇到的一位美国教授，当时这位教授让我把电磁场张量代入拉格朗日方程看看能量是否守恒，我告诉他拉格朗日方程已经假设能量守恒了，这位教授马上意识到他说错了。

再有一个保护就是量子场论里的能量流守恒定理，其实这个定理就是说电磁场中电场能和磁场能的总和守恒，没有考虑位移电流和传导电流相互作用的情况，我们现在发现恰恰是位移电流与传导电流相互作用导致能量不守恒，所谓的能量流守恒定理有很大的欺骗性，人们总是习惯于相信定理啊，定律什么的，忽略了它们的来源和适用范围，一不小心就上当了。

还有一个保护就是场论里的对称性原理，也就是人们熟悉的尼泽（Neother)定理。能量守恒对应于时间平移对称性，有一些学者对我说，你把能量守恒打破了，时间平移对称性就没有了，怎么办？我觉得没有必要担心，打破时间平移对称性有什么不好？天又不会塌下来，而且还多一个物理学发现。何况尼泽定理是在拉格朗日方程下推导出来的，前面说了拉格朗日方程本身已经假设能量守恒了，所以尼泽定理不能用来证明能量守恒，它只能证明在能量守恒时存在时间平移对称性，这两个概念是不一样的。至于能量不守恒会怎么样？尼泽定律回答不了这个问题，这是由拉格朗日方程的假设前提决定的。

曾有一位学者对我说：“量子电动力学已经取得惊人的成就，它可以把电子磁矩算到非常精确的地步，如果你现在推翻麦克斯韦方程，难道量子电动力学都错了吗？”我回答这位学者说，我们的工作不是推翻麦克斯韦方程，恰恰证明它是正确的。与量子电动力学也没有矛盾，比如说电子磁矩中没有位移电流和传导电流的相互作用，所以量子电动力学不考虑这个相互作用仍然能给出正确的结果。现在我们把这个作用包括进来，对以前的结果没有任何影响。

有一次我跟一个同事聊天， 提到能量"可能"不守恒，他跟我说，"如果爱因斯坦错了，或许有可能，但是能量不守恒，打死我也不相信"。现在知道要打破能量守恒定律会遇到多大的阻力了。很多人的思想都被这些枷锁锁住了，打开这些枷锁耗费了我21年的时间。

大家可能已经注意到，反对方的立足点在于“相信”和“不相信”上，而不是自己的独立思考，作为一个物理学家，首先要有独立思考的能力，而不是“相信”的能力。曾经有一位吉林大学物理系二年级的学生告诉我，他与寝室中的同学讨论了一晚上，弄明白了我的实验原理。大学二年级的学生就可以想明白的问题，很多物理学教授想不明白，真的是很遗憾。

发现能量不守恒仅是一个开始，它将导致对电磁场的重新认识，在这之后会有更多新的发现，会造就很多新的物理学家，我有这样的预感。