对麦克斯韦方程组拓展的评论撰文|栎风春节前后开始

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撰文|栎风
春节前后开始，物理界开启了热闹的“麦克斯韦方程组”大讨论[1-14] 。我们委托几位老师收集了一些相关的提问，在聆听了王青老师的学术报告后，又征集了一轮提问，本文将以“提问-回答”的形式展开。
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直击核心热点
提问1：为了尽快满足大家的好奇，我们直奔核心。在这一部分尽量不涉及细节，就大家最为关注的热点问几个最为关键的问题。首先替广大物理老师问：麦克斯韦方程组目前还对吗？教课时要改吗？
【对麦克斯韦方程组拓展的评论】回答：到目前为止，麦克斯韦方程组（图1）当然是对的，而且一直是对的！老师上课不需要改变。

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提问2：谢谢您明确的答复！那王院士在他第一篇文章里提出的拓展的麦克斯韦方程组是对的还是错的？如果是对的，和原来的麦克斯韦方程是什么关系？如果是错的，那错在什么地方了？
回答：是错的，主要错在把麦克斯方程组中的含两个时间导数的方程，图2中公式（15c）和（15d）中的对时间的偏导数修改为公式（15e）所示的全导数形式。这在电磁学理论中是错误的。

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提问3：既然是错的，那王院士是怎么得到他的方程的？我看纳米能源所的（抖音）新闻说麦克斯韦方程组成立的条件是建立在静态介质的基础上，在动态介质上则不严格成立，是这样吗？
回答：王院士的拓展的麦克斯韦方程组相当于是对介质麦克斯韦方程做伽利略变换得到的。新闻报道里面说的“动态介质则不严格成立”其实是王院士第一篇论文摘要第一句的意思，这是错误的。即使介质运动，麦克斯韦方程组不管是积分还是微分形式都仍然严格成立，是不允许有真正意义上的拓展的。只不过方程组中的某些项如电位移矢量、磁场强度等等需要增加介质速度的效应。物质方程（也称本构关系）也需要作一些修正。这些修正应该通过洛伦兹变换得到，不是伽利略变换。
提问4：那会不会是这样？王院士的拓展方程虽然是错的，但是近似上还是可以应用？
回答：因为王院士给的拓展方程是建筑在伽利略变换上得到的，问题就变成洛伦兹变换什么时候才可以近似为伽利略变换？这点也许我们后面再仔细讨论。即使近似成立，那个拓展的方程实际也只是一种麦克斯韦方程的变形，也就是说麦克斯韦方程组还是对的，只不过改换了一种展示形式，并不是拓展。因为所谓拓展所依赖的理由，即麦克斯韦方程组不能描写运动介质，是错误的。
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麦克斯韦方程组的正本清源
提问5：在直击了上面的几个最核心的热点问题之后，接下来我们开始一步步地从头作更细致的讨论。我们的读者也有很多是非物理专业的学生，所以想先从基本的麦克斯韦方程组问起。很多工科专业课程，例如微波工程、电磁场与电磁波、光学工程，都会在教材的第一章讲麦克斯韦方程组，能否简单介绍一下麦克斯韦方程组？这里学习的内容与物理系专业学习的有什么区别呢？
回答：所有这些课都会涉及电磁场所必须满足的一组基本场方程——麦克斯韦方程组，它决定了电磁相互作用的行为。由于电磁现象的各种应用非常广泛，工科各专业学习相关内容时往往主要聚焦某几个特定的应用方向。他们会从基础的麦克斯韦方程组出发，一步步地推导出特定方向的基本方程，再从这些方程出发，讨论和建立理论框架，而我们物理专业则强调对麦克斯韦方程组及其应用的一般性的物理理解。