关于洛伦兹协变性的一篇通信
王令隽 2022年6月7日
最近接到国内一位朋友的来信，说有一位王中林院士提出了一个和麦克斯韦电磁场理论不同的理论，引起国内学界一些反响，也遭到了主流理论物理学界的围攻，理由是王中林的理论不服从洛伦兹协变性。于是王院士开始沉默了。这位朋友要我谈谈看法。下面是我的复信。
黄老您好！
我没有读过王中林院士的文章，所以没法对他的理论发表有的放矢的意见。我的直觉是，麦克斯韦的电磁场理论是相当完备的理论，不太容易或者不需要推广修改。这里的一个历史教训就是磁单极研究。有的理论家们对照电场和磁场的对称性，认为还不太对称。因为电场服从泊松方程，而磁场则服从拉普拉斯方程。于是他们就强行要求磁场也服从泊松方程，令磁场的散度不等于零，而是等于某个正比于“磁荷”的常数。这就是磁单极的由来。几十年的磁单极研究除了收获悖论以外毫无结果，就是教训。什么教训？1）不能仅仅根据数学方程式的形态随便引申推广，枉顾实验事实；2）不能为了对某一特定现象作出现象逻辑性的解释而生造原理。总之，对基本理论的推广延伸要非常谨慎；对麦克斯韦电磁场理论的推广延伸要慎之又慎。麦克斯韦的电磁理论在工程上应用了一百多年，接受了无数的实验结果和工程实践的检验，从无违背的反例。这种理论不太可能有根本的缺陷。这是我的一点直觉。
我并不一般地反对对基本理论的推广修改。事实上，我自己就根据我的以太动力学对牛顿万有引力定律推广以包含一个动力项。这样一来，就解释了引力的传播问题，解决了超距作用的历史难题，同时又对毕奥萨法定律和洛伦兹力作出了理论解释（一如牛顿定律对开普勒定律作出了理论解释），并因此统一了引力场和电磁场。我觉得，对基本理论的推广发展应该遵循几个原则：1）新的理论本身不能有逻辑矛盾；2）新的理论必须，或最好能解释一些已有的实验结果或者实验定律（比如开普勒定律或毕奥萨法定律和洛伦兹力等）；3）新的理论能够解决一些历史难题；4）不能为了凑出某一实验结果而提出一些不符合逻辑的或者明显和事实相悖的大前提。我当然不能期望将我的这些理论研究原则强加于学界同仁，当作规范，但这是我自己作研究和评判文章时遵守的原则和判据。
至于洛伦兹变换，有几点意见：
1）麦克斯韦方程符合洛伦兹变换，是以相对论的成立为前提的。狭义相对论提出电场和磁场在不同的座标系里的变换公式，这个变换公式是以相对论中的不同坐标系里的力的变换公式为基础的，而电场强度只不过是单位电荷所受的力。磁场强度也类此。所以，如果相对论不成立，相对论的场强变换也就不成立，因此麦克斯韦方程也就不符合洛伦兹变换。人们希望用麦克斯韦方程的洛伦兹协变性来证明相对论的正确性，借用麦克斯韦电磁场理论的伟大成就为相对论背书，玩的是逻辑循环的把戏：根据相对论场强变换公式使麦克斯韦方程符合洛伦兹变换，反过来用麦克斯韦方程符合洛伦兹变换来证明相对论的正确。相对论的诸多逻辑矛盾和基本大前提（包括光速不变原理）已经足够证明相对论是不可能成立的理论，其逻辑循环也就不攻自破。
2）在经典物理学里面，不同的惯性系里的速度是不一样的，但是加速度是一样的，所以力是不变的。这和相对论迥异。可是，我们知道磁力（洛伦兹力）是和速度成正比的。相对于不同的参考系，电荷的速度是不同的。那是不是意味着相对于不同的参考系，磁力是不一样的呢？这里是不是有一个逻辑矛盾呢？不是的。因为在洛伦兹力公式和毕奥萨发定律里面的速度并不是相对于观察者的速度，而是电荷相对于电磁场传播媒质（以太）的速度，所以这里面并没有矛盾。这点在差不多所有的教科书里面都没有讲明白。关于这个道理，在我的以太动力学中有非常明了的推导。
3）即使我们退一万步，承认根据相对论的场强变换公式能使麦克斯韦方程服从洛伦兹变换，也不能把洛伦兹协变性当作普适的物理规律，当作金科玉律。某方程符合某种协变性，只不过是该方程的一个数学特征，不能因此就把它当作铁律，要求所有的物理理论都符合洛伦兹协变性。物理学上有一门课叫数学物理方程，包含了物理学上几乎所有的重要方程，包括勒让得方程，贝塞尔方程，泊松方程，拉普拉斯方程，热传导方程，谐振动方程，波动方程，薛定谔方程等等。所有这些方程里面，除了波动方程有可能服从洛伦兹协变性以外，没有一个方程服从洛伦兹协变性。波动方程里面也只有真空中的电磁场波动方程服从洛伦兹协变性，媒质中的电磁波动方程就不服从洛伦兹协变性。声波的波动方程也不服从洛伦兹协变性。所以洛伦兹协变性只是描述大自然中各种现象的诸多方程式中的某一特定方程的一个数学特性而已，完全没有理由把洛伦兹协变性当作一切物理理论的普适规律，当作大自然的铁律。从物理哲学的角度看，热传导方程直接联系于热力学第二定律，具有基本的重要性。可是热传导方程只包含对时间的一阶导数，绝对不可能服从洛伦兹协变性。薛定谔方程是原子物理，分子物理和固体物理的奠基性方程，也只包含对时间的一阶导数，因此也不可能服从洛伦兹协变性。放射性衰变方程和黑体辐射方程也具有基本的重要性，也都不符合洛伦兹协变性。而波动方程只是对运动传播过程的描述，其物理重要性和电报方程差不多。把洛伦兹协变性当作金科玉律，只不过是20世纪理论物理学家们在构建量子场论时的一种无奈。没有洛伦兹协变性的约束，理论家们便没有办法提出拉格朗日函数和动力方程，因为可选择的函数形式和方程式的形态太多了，量子场论没法玩。
4）即使在相对论里面，洛伦兹协变性也不是普遍遵守的。广义相对论就不遵守洛伦兹协变性。相对论者可能诡辩说，广义相对论遵守的是不同坐标下的张量协变性，也是一种对称性。殊不知，广义相对论是直接违背光速不变原理的，而光速不变原理是洛伦兹协变性的关键和灵魂。广义相对论违背光速不变原理，当然也就违背洛伦兹协变性。另一方面，我曾经在研究相对论空间的转动性质时指出，如果坚持光速不变原理，广义相对论就失去转动相对性，因而也就违背空间的各向同性原则。要保持转动相对性，就必须放弃光速不变原理。这个道理其实不需要懂广义相对论的细节就可以了解。我们知道因为地球的自传，宇宙界所有的星体都在围绕地球做相对转动，都有线速度。那么，这个线速度是多少呢？太阳系以外的所有星体的线速度都大大地大于光速！如果相对论者不同意，不妨说说，根据相对论的计算，这些恒星的线速度是多少？相对论的转动变换是什么？关于广义相对论与光速不变原理相悖，许多相对论教科书的作者都已经注意到了。
5）理论物理学界把洛伦兹协变性当作金科玉律，只不过是更大的理论信条 – 对称性 – 的一个部分。20世纪主流理论物理学家门相信物理定律都遵从某一种对称性，从宇称守恒，时间反演，到洛伦兹变换以至于同位旋空间的变换和最后的规范变换，都必须遵守某种协变性。有的理论家们（我不知道应该称呼他们为物理理论家还是数学理论家）甚至认为，前沿理论物理学研究就是对称性研究。理论物理学界的这种谬误荒唐到什么程度呢？规范协变性不容许任何基本粒子具有质量，否则理论就要发散。理论家们宁可接受所有基本粒子不带质量的荒唐结果，也要服从规范协变性。可是我们明明知道粒子是有质量的呀！怎么办？于是理论家们就发明了一个所谓的自动对称破缺机制，让所有的基本粒子都能通过“上帝粒子”来获得质量。欧洲核子研究中心因为宣称探测到了上帝粒子而获得诺贝尔奖。这早晚会成为学界笑柄。关于对称性问题，我在 “Physics needs nothing less than a Renaissance – On the relation between physics and philosophy”一文中有比较详细的分析。此文我应该已经寄给您了。您如有兴趣可以参考该文中那一节。
此颂
夏祺！
王令隽 叩
2022年6月7日