最近这几年，中科院物理所的曹则贤老师每年都会来一场“跨年演讲”。
- 2019~2020，什么是量子力学？
- 2020~2021，什么是相对论？
- 2021~2022，从一元二次方程到规范场论。
快到2023年了，按预告来看，今年是讲“电磁学/电动力学”。
和往年不同，这次不仅发了预告，还有一份跨年试题。
作为中科院跨年演讲的“铁粉”，我最终还是硬着头皮做了做试题。
（看懂题，还真不容易。）
我个人感觉，这道题的暗示有点多，比如：“不是固体”、“大尺度”。
这似乎已经把答案写出来了：闪电。
一般来说，雷雨云产生闪电。
雷雨云则是空气对流运动造成绝热冷却，使水汽饱和凝结形成的。
雷雨云起电的原因好像还不是很清楚，不过基本能确定和空气对流有关，似乎也可以归结成摩擦起电。
我个人感觉，这道题还是比较简单的，只需要明白电介质极化的原理，就知道该怎么批评。
（但愿如我所想。）
电介质也是由原子组成的，原子内部有电子和质子，分别带“负电”和“正电”。
不考虑分子结构之类的细节，通常情况下，电介质内部的“负电”和“正电”杂乱分布，对外不显电性。
加上电场之后，电介质内部的“负电”和“正电”就开始往相反的地方移动，对外显示电性。
在电场中，电介质内部的每一个分子都相当于一个“电偶极子”，也就是距离很近的正电荷和负电荷，就像下面这样：
电介质内部的“电偶极子”也会产生电场，会干扰外界电荷产生的电场，通常会让外界电荷受到的电场力发生变化，相对介电常数的意义也在于此。
不过有一个例外：等量同号电荷。
此时，电介质极化产生的“电偶极子”的电场就会相互抵消（至少在外界等量同号电荷的连线上是这样），这就让等量同号电荷受到的电场力还和真空中一样，此时不需要相对介电常数。
相对介电常数其实还是用在电容器上，“介电常数”本来就还有个名字：“电容率”。
电容器的两端，肯定是带异号电荷，必须引入相对介电常数。
欣赏，我个人觉得这个词用得好。
这个方程其实就是牛顿第二定律（ma=F），把电场力的公式（F=qE）也加进去了。
应该是要和狭义相对论联系，电场和磁场也满足洛伦兹变换。经过洛伦兹变换，磁场就会出现，等号右边就能得到洛伦兹力的公式。
（这已经涉及到完整“相对论力学”了，或者说是真正的“动体的电动力学”。）
我觉得题中说的电子学仪器，应该是那种涉及到带电粒子加速、偏转，或是装有电机的仪器。
（比如示波器、显像管、电子管、指针式电表。）
别的我就不知道了。
按照主流观点，电场强度（E）和磁感应强度（B）才是真正描述电磁场的基本物理量。
电位移矢量（D）和磁场强度（H）都是辅助计算的量，是由于介质内部含有电荷，对外界电场和磁场的干扰。
本构方程体现的是介质的性质，按照地位对等的关系，我还是觉得第二种写法比较顺眼。
我感觉这里是曹则贤老师挖的“大坑”，硬着头皮写几句吧。
第一个加法应该是把所有电荷激发的电场的叠加。
第二个加法应该是力的叠加，不过这个式子和洛伦兹变换有关，我觉得应该没这么简单。
这应该还是要引出狭义相对论，公式里的速度就是电荷相当于某个惯性系的速度，电场和磁场也满足洛伦兹变换，力也满足洛伦兹变换。
不过，我还是觉得没这么简单。
我感觉曹则贤老师在这里也挖了个“大坑”。
1831年，法拉第发现电磁感应现象，这应该没什么异议。
“大坑”应该是在电动力学提出的时间上，我觉得可能和普里斯特利的《电学史》有关，出版于1766年。
所以我猜电动力学的概念更早。
通常说的“麦克斯韦方程组”包括：
“电荷连续性方程”可以由“高斯定律”和“全电流定律”推导出来，“高斯定理”和“全电流定律”又可以用电磁张量写成一个方程。
借助电磁张量，“高斯磁定律”和“电磁感应定律”只是能被自动满足的数学公式（类似于2-2=0）。
只从数学上看，应该可以把“麦克斯韦方程组”和“电荷连续性方程”写在一个方程里。
如果考虑物理意义，我还真不确定。
赝标量，这有点麻烦。好在这道题并不关注赝标量（但愿如此）。
我觉得这和第四题相同。
按照主流观点，电场强度（E）和磁感应强度（B）才是真正描述电磁场的基本物理量。
电位移矢量（D）和磁场强度（H）都是辅助计算的量，是由于介质内部含有电荷，对外界电场和磁场的干扰。
我觉得这种做法很奇怪，好像一点道理都没有。
由于我实在看不明白第二个公式是在干什么，这道题就不答了。
电影，不答了。
反正是个附加题，到时候看演讲就行了。
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