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惯性力学与整体科学体系
作者:马英卓  时间:2007/11/22 10:49:00  来源:论文天下论文网
古代人无法理解地球下面的人为什么不会掉下去,此困惑是由于以自己为参考系而产生的。今天的人们无法理解自由落体运动及天体的公转运动也是惯性运动,此困惑是由于以牛顿惯性为“参考系”而产生的。惯性的实质就是:物体通过某种运动状态来保持或主动改变某种运动状态来达到其内部的熵状态的一种属性。整体科学体系是研究自然整体的整体性质与功能、有序内部结构及其起源与演化过程的科学理论系统。

本文主要是对我的前两文[1]与[2]的进一步说明。需要读者结合我的前两文来读此文。由于[1]文中用引力一词,需用[2]文与此文重新理解之。本文的例题可以增强对我观点的理解,同时也体现了由于其进化性而带来的在习题解法上的取代性、新颖性、思路明晰性及简捷性。我的观点核心是“广义惯性与整体天体”,对这两个方面的理解的最大障碍就是我们已经习惯了的牛顿力学的思维方式。只知道用所学到的“知识”去思考世界,而不反省作为思维的基本要素——概念及各种概念、命题、观念之间的逻辑关系的内在合理性问题,这是科学理论研究之大忌。如果现有的概念、命题与观念不能表达新的内容,就需要改变它们,或重新建立。
一、惯性力学
严格说来:牛顿第三定律(互为作用力定律)应该是力学“体系"定律,是在各种作用方式力以及各种属性力之间建立关系的定律;去掉牛顿第三定律后的广义力学核心四定律(见[2]文),应该称为“惯性力学”核心三定律(以下简称“惯三律”)。“广义”是相对牛顿力学及牛顿惯性而言的。之所以还保留“广义惯性”一词,也是因为只有惯三律被大多数人接受后,才会完成它的历史使命,再改变为“惯性”一词。牛顿第一第二定律(以下简称牛二律)是惯三律的物体外部空间在ρ均匀空间情况下的定律,是其推论,不再是惯性力学的核心公设性质的命题
(一) 广义惯性使牛顿力学进化
爱因斯坦独具慧眼,从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实,总结出了等效原理,且明确与准确地说:物体的同一性质按照不同的处境或表现为“惯性”,或表现为“重性”([3]第55页)。这个同一性就是广义惯性,这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以,广义惯性的发现,其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性,所以,又是其进化。同时,也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生,走了一大圈“弯”路后,在他晚年时,才看到了解决这个问题的曙光——物体具有空间的广延性([3]第十五版说明),由此“广延性”再往前走一步,就是[2]文说
*男,1949年生,1983年毕业于东北师大数学系,长春市吉林工学院家属宿舍14号楼43号(130012)
的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实:物体质量部分的压强梯度现象(注:在固态的具体物体内部,此“压强梯度”表现为“胁强”),也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质([4]第六章)。于是,“万事俱备”,只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说,惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把“重性”也归于同牛顿惯性一样的物体属性,所以,其革命意义也主要体现在“重力”方面。“引力”是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来:一个是仅表现广义惯性的一般(非整体)物体;另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有“力”的关系了。但通过重力场(原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变)有“能”的关系(见此文的“ρ空间与能”一节)。到此为止,广义惯性已经完成了其逻辑任务,即取消了引力及导出了中心物体的特殊性(当然也具有广义惯性的一般性)。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是,广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性(也就是“自圆其说”)。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然,更没有质量的第三个属性——产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间,也有其对应的经验事实,即具有重力场的质量部分的天体,一般都具有密度及压强(也有温度及磁场因素)与中心距离近似反比分布(中聚度)的现象。同时,其现象也表明了这个天体(中心物体)的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。


(二)再看牛顿力学
为什么人们回避牛顿第二定律中的“力”(外力)的反作用力就是物体的惯性力的道理呢?就是因为把重力也当作外力(引力)时,物体本身没有反作用力——惯性力(重力加速度与物体质量的大小无关),这正是牛顿力学理论内部的不能“自圆其说”的地方,这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性(无意识的),不得不让其“外力”担当“广义”的力的重任。“力是物体加速运动的原因”这一没有条件限制的观念,是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是“绝对”的加速运动,人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量,使力成为其运动的原因。于是,其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体“自由”或有阻力的“不自由”的加速运动,也当作有外力(不包括阻力)正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力,是说明牛顿力学中还有第二个观念:“力是物体对物体的直接作用”——这是作用方式力,但有的教材除了摩擦力外,把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时,真的不存在另一个物体来表现之,只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时,发现确实有另一个物体(中心物体)与之对应,这可是“真实”的外力了。麻烦又出现了,这个引力是超距作用性质的力,从作用方式力的观念角度来看时,又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性,又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种“微粒子”,以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力,还要为这虚构的“东西”再虚构一些东西,麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性,也可以说是“万有”惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位,而其他属性(如弹性与磁性等)力学占次要地位,且以“惯性力”作为力的物理单位,也是由于其“万有”的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间(重力场)及场源物体(整体天体)可不“万有”。这两个角度分不开,还会认为重力(引力)“万有”,这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索“引力作用机制”的研究方向成为毫无意义的方向,是徒劳无功的方向,因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。
(三)再看广义相对论
爱因斯坦特有的知识结构(马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何),决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷,就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同,于是,作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了(相对性)。不得已,马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性(保持性)与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发,又发现了等效原理,但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维

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