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为什么牛顿第一定律误导了重力?

(2012-02-08 19:38:09)
标签:

牛顿第一定律

万有引力

离心力

匀速圆周运动

重力

文化

    三百多年以来,重力一直存在于万有引力与牛顿第一定律的阴影当中,没有明确的定义,并导致概念的模糊不清。

    究其原因,就在于牛顿的《自然哲学之数学原理》对于后世的持续影响,其中特别是牛顿所发现的万有引力,以及他所提出的牛顿三定律对于现代科学的深入影响。由于这些理论所体现出来的完美的说服力,以及在解决实际问题上的强大能力,使得他们在这三百多年里完全地折服了所有的学者,以及那些企图找出其中破绽的人们,所以人们至今对于物质运动的根本认识仍然主要是建立在牛顿的理论基础之上。这一方面体现了牛顿理论的伟大之处,另一方面却也体现了后来的人们对于重力等概念上的不求甚解,或者将精力和眼光聚集在一些不切实际的领域。

    由于牛顿对于第一定律表达上的局限性,以及他在其《原理》中对于重力概念的模糊不清,导致至今的人们仍然不清楚重力究竟是什么?——有人说重力就是万有引力,因为牛顿本人在论述天体运动时便经常将万有引力称为重力;也有人说重力是万有引力的一个分力,他们将万有引力分解为围绕地轴旋转所需的向心力和重力两个分力。

    然而,这两种说法都是不正确的,都是不能准确地表达重力的本质关系的。而重力的实质却是“物体所受万有引力与所受惯性离心力的合力”。在地球的两极由于离心力为零,所以重力等于万有引力;而在两极以外的区域,由于在不同纬度所受离心力不等,所以重力也各不相同,在赤道处受离心力影响最大。

    之所以说重力受到牛顿第一定律的误导,是因为牛顿第一定律阻断了离心力在牛顿理论体系当中存在的可能性——在牛顿的理论里面,只有静止或者匀速直线运动的状态才是属于惯性状态,而匀速圆周运动却被排除在惯性运动之外,以至于日复一日地匀速旋转的地球及其他所有天体也都被认为是非惯性的运动。

    但是,在《宇宙万物之惯性原理》里,我通过提出相对运动惯性系与绝对运动惯性系这两种相区别的概念,将匀速圆周运动界定为平衡力作用下的惯性运动,统一了物体在静止、匀速直线运动以及匀速圆周运动上的惯性运动描述,让人们认识到天体运动的惯性本质,也实现了物质运动观念与宇宙运动观念的统一。

    在该理论里面,离心力是作为仅存在于绝对运动参考系(即旋转运动参考系)内的一种力被提出的,它在系统中的存在是合情合理的。虽然牛顿在其理论里面也曾经提及到“绝对运动与相对运动的效果的区别,是飞离旋转运动轴心的力”。然而,离心力在牛顿的惯性原理下是不能存在的,在牛顿惯性原理下的匀速圆周运动仍属于变速运动,所以,在他的整个理论里面也很少提及离心力。故此,几百年来人们一直没有重视离心力的存在,就是因为它与牛顿第一定律之间会存在抵触。

    另外,新的惯性运动模型的建立不仅化解了惯性定律与离心力之间的矛盾,还使得人们认识事物运动的观念得到深入和完善。对离心力的客观存在的认识对于圆周运动的惯性本质理解,对于宇宙天体各种运动现象的形成原因给出了清晰而完整的力学解释。就如同当初牛顿认识到万有引力对于天体运动的重要性一样,离心力的存在对于解释行星宇宙系统运动状态的形成原因,对于解释行星光环的形成原因,对于解释自转行星椭球形状的形成原因等都是非常有效的力学依据,而这些都是单纯依赖于牛顿的引力理论所不能做出完整解释的。

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