我们不明白什么是电

在1818年玛丽·雪莱（Mary Shelley）的《科学怪人》（Frankenstein）中，年轻的维克多·弗兰肯斯坦（Victor Frankenstein）着迷于这样的观念，即电是一种流体，赋予生命以生命力。这种迷恋导致悲剧。

雪莱当时对电的看法在当时并不是很普遍的观点：几十年前，意大利科学家路易吉·加尔瓦尼（Luigi Galvani）表明，施加在肢解的青蛙腿上的静电冲击会导致腿踢。 Galvani得出结论说，存在一种“动物电液”，负责生物的动画。

自《科学怪人》问世以来的200年中，我们对电的看法以及我们产生和控制电流的能力确实得到了发展。但是我们真的了解我们在做什么吗？我们什至不知道什么是电吗？

如果您问老师“什么是电？”，您会得到的标准答案是“电就是电子的运动”。但是这个答案有两个明显的问题。

第一个问题是，如果您要告诉某人“电就是电子的运动”，那么您可能应该告诉这个人电子是什么。事实证明，即使是这个明显的问题，科学也难以为人们提供令人满意的答案。

对于任何大专以下学历的理科学生来说，电子总是被画成一个黑点，并且被告知该黑点具有一种神秘的特性，称为“电荷”。这些带电的黑点的存在应该被认为是给定的，没有解释它们的来源或组成。

如果您碰巧一直在物理研究生课程的水平上追求这些问题，那么责任就更进一步了，您会被告知，电子实际上是一种弥漫性的“电子场”中的一种激发或缺陷。所有空间。但是不要试图问“这是什么领域？”或“它是由什么制成的？”。可能会告诉您，这样的问题是无意义的，而电子场只是一个数学对象。

因此，如果您要保持得分，那么只需对“什么是电？”这个问题进行两个层次的研究即可我们得出的答案是“这是一个数学对象”。只有一种奇怪的人会认为这是一种令人满意的理解方式。

答案是“电是电子的运动”的第二个大问题是它不是真的，至少不外是说“波士顿马拉松是真核细胞的运动”。

在使所有电子设备都可用的铜线中，有许多电子，但它们存在于一种杂乱无章的快速移动且相互作用强烈的电子量子汤中。这种汤是如此复杂，以至于任何认真的化学家或物理学家都将告诉您，根本不可能准确地描述它（即使将黑点电子的存在作为给定值）。

因此，电不能仅仅通过“电子的运动”来承载，因为电子不能自由地自行移动。取而代之的是，电流是同时由许多电子的复杂的波状激发所携带的。这些波状激发称为“准粒子”，描述它们的主要理论称为费米液体理论。

但是费米液体理论尽管取得了所有的成功（包括向发明家颁发的诺贝尔奖），但仍然失败了“这种理解吗？”在两个级别上进行测试。首先，如果您甚至要求一位出色的物理学家为您绘制准粒子的图片，以便您了解其含义，那么您将得到一些明显的讽刺漫画或类比之词，或者您会再次得到某人告诉您它是一个“数学对象”。

但是，即使您愿意接受生活中的“数学对象”，费米液体理论也会让您再次失望。费米液体理论基于泰勒级数展开式（用直线逼近复杂的函数），它假设一个称为r s的特定数字非常小。但是，即使在最简单的电导体（如铜）中，费米液体理论显然也非常准确地描述了这一点，r s绝对不是一个小数目（通常在2到5之间）。因此，从这个意义上讲，费米液体理论在描述电方面的成功似乎纯属偶然。我们真的值得称其为“理解”吗？

从数学上讲，这种尴尬的情况就像声称您了解函数sin（x）一样，因为您了解函数f（x）= x，并且两者基本相同。

当然，既然我们生活在21世纪，我们已经接受了浮士德式的讨价还价，而电无处不在。 对电气和电气设备的研究，测试，工程设计和编织紧密地融入了我们的日常生活，以至于全球近90％的人口经常使用它们。 但是我们真的可以说我们了解电，因为我们付出了很多努力，甚至无法阐明它是什么？ 还是我们就像暴躁的维克多·弗兰肯斯坦（Victor Frankenstein）玩弄我们无法理解的力量，永不停止思考可能会给我们带来什么黑暗后果？