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科学理论中的误区(之三):自然运动和非自然运动

(2012-03-14 05:07:18)
标签:

文化

观念变革

物理学创新

自然运动

杂谈

简介:经典运动学中存在着一个盲点:自然运动非自然运动不分。

所谓的自然运动,指人无法干预的现象,比如宇观世界的天体运行和现实生活中遇到的自由落体等,均属于非惯性系范畴。宇宙学和天文学研究的宇观世界的质点运动,就全部属于自然运动的范畴。

然而,牛顿第一定律(即惯性定律)中所谓的“匀速直线运动”,却是相对于地球表面而言的假设;只要没有忘记地球亦在运动、球面并非是直线这两点常识,就必然能做出惯性系只能用于描述非自然运动的结论——“在地球上的纯粹力学中,排斥的或上升的运动一定是人工造成的”,这种理论始终都离不开“用人力同天然的吸引作斗争的必要性”(恩格斯语)。

牛顿的惯性系理论既然永远都无法摆脱“用人力同天然的作用相平衡”的必要性,由它所描述的是不是自然规律,不是就完全一目了然了嘛。

直到今天我们的飞行器已经能够进入深层太空探测,如果还要把自然运动非自然运动混为一谈,岂不是对“科学”的天大讽刺!

现在可以以“嫦娥一号”为例阐述如下:

“嫦娥一号”发射时,在距地面不超过200km的范畴内,必须为之提供动力;当进入轨道后即关闭发动机,它依旧可以在固定的轨道上继续绕地飞行——距地面200km即是非自然运动和自然运动的分水岭,即在第一阶段必须满足“一定是人工造成的”条件;而在进入轨道之后,其运行轨迹就由R~3/T~2=K所主宰——只有这时候的飞行,才是真正的惯性运动。

当它需要通过“爬高”改变轨道时,就又变成了非自然运动;而在靠近月球时则需要做减速的非自然运动,直到它的飞行速度跟月球周围由R~3/T~2=K所决定的轨道相吻合后,就又变成绕着月球飞行的自然运动——关于“嫦娥一号”被月球的“引力俘获”之类的说法,是很值得商榷的。

讨论运动学的问题,首先就必须把物体分为“空中的”和“地上的”截然不同的两类;“空中的”物体的惯性只有“动者恒动”,“地上的”物体的惯性只有“静者恒静”。而牛顿却把二者合二为一创造了“牛顿第一定律”,于是就出现了如恩格斯所说:“哥白尼在这一时期的开端给神学写了挑战书,牛顿却以关于神的第一次推动的假设结束了这个时期”,这样一个困扰全人类的智者长达数百年的大难题—— 说白了就是一句大实话:

从哲学自然观的角度考察,牛顿是彻头彻尾地从哥白尼倒退回了两千年前的亚里士多德的水平。

具体而详尽的讨论在下一篇(之四)中。

 

 

 

 

 

 

 

科学理论中的误区(之

自然运动和非自然运动

 

 

摘要:由于经典物理学理论中将自然运动和非自然运动混为一谈,牛顿第一定律所描述的是非自然运动,永远都离不开“用人力同天然的吸引做斗争的必要性”,根本就不属于自然规律的范畴,所以才会出现“第一推动”的问题。只需要放到物质~空间系统论的框架中,很容易就可以发现,开普勒、伽利略、惠更斯三人所发现的、只使用L、T而没有M的物理公式,本来就是可以推动用M计量的物体做自然运动的“第一推动者”。笔者以“嫦娥一号”为例,讨论了物体在空间中的运动,只有沿着既定轨道的自然运动和需要改变轨道的非自然运动两种。

关键词:自然运动,非自然运动,自然规律,第一推动者,空间自然场强度g

 

 

亚里士多德就曾经把运动分为天然运动受迫运动,欧拉在他的《力学》一书中,第一卷就讨论质点的自由运动,第二卷讨论质点的非自由运动;物理学对运动的描述也分惯性系和非惯性系。故而就很有必要将运动分为自然运动非自然运动进行研究。

这里所谓的自然运动,指人无法干预的现象,比如宇观世界的天体运行和现实生活中遇到的自由落体等,均属于非惯性系范畴。宇宙学和天文学研究的宇观世界的质点运动,就全部属于自然运动的范畴。

然而,由适用于描述现实世界中运动的牛顿力学发展而来的经典运动学却不然,牛顿第一定律(即惯性定律)中所谓的“静止或匀速直线运动”,却是相对于地球表面而言的假设;只要没有忘记地球亦在运动、球面并非是直线这两点常识,就必然能做出惯性系只能用于描述非自然运动的结论——“在地球上的纯粹力学中,排斥的或上升的运动一定是人工造成的”,这种理论始终都离不开“用人力同天然的吸引作斗争的必要性”(恩格斯语)。

惯性系理论既然永远都无法摆脱“用人力同天然的作用相平衡”的必要性,由它所描述的是不是自然规律,不是就完全一目了然了嘛。

牛顿的“宇宙论很容易理解,但却很难让人相信。在两个世纪的时间里,它的实用性得到了最好的证明”(怀特海语),但是却不具有真理性!

就连牛顿自己都说:“我不得不把我们这系统的结构归之于一个全智的主宰”,并且宣称“我们必得承认有一个上帝”。

直到今天,科学居然依旧把这种自我宣称“必得承认有一个上帝”的牛顿力学体系视为典范,不能说这不是对科学最有力的讽刺!

“牛顿所谓的力,不管最终表现为何种数学公式,都不过是上帝施予的外加条件而已”。怀特海这段话一直都没有引起科学家的应有关注,不能说这不是现代科学的悲哀!

科学理论中的第三个误区是:自然运动和非自然运动被混为一谈

 

科学定律所描述的运动,都不应该超越自然运动的范畴,这种说法应该是没有异议的;牛顿体系那些描述非自然运动的“规律”,都不属于真理的范畴,故而就不应该被划归科学这门学科之中——18世纪以来人们一直把牛顿视为近代物理学鼻祖的观念,完全是错误的!

那么,近代物理学的起点究竟是从谁开始的呢?

笔者认为,只有开普勒才能算是近代第一位数学物理学家,是他在《世界的和谐》中采用归纳法得到的、被称为行星的第三定律——

所有行星椭圆轨道半长轴R的三次方跟公转周期T的平方之比值都相等,记为:R~3/T~2=K,其中的比值K是与行星质量m无关的一个恒量——成功地开创了用数学公式表达物理定律的先河,为后人用方程表达自然规律开辟了道路。因为这个定律所描述的运动,千真万确地属于自然运动的范畴。

如果不是确立了宇宙由物质和空间构成的自然观,有谁能够看出隐藏在这个定律背后的玄机呢。该定律告诉我们的物理事实是:

无论将多大M的质点放到这种空间结构中,都将会按照由R~3/T~2决定的轨道运行;这里的 R~3/T~2就是第一推动者,天体的轨道运行就因为是M(物质只是M的载体)受到空间中R~3/T~~2的作用而呈现出的被动的果

原来广义相对论和开普勒的第三定律是一脉相承的:用L、T的函数表述的空间结构,是引起用M计量的质点作自然运动的第一因(the First Cause );而行星的轨道运行只不过是由于质点受到空间的作用展现出的被动的果而已。

 

依据行星第三定律给予的启迪,可以得到如下推论:

推论一:物理学量纲式中的M,放到整体宇宙的框架内是没有意义的。

理由:在同一条天体运行的轨道上,一个鸡蛋和一个太阳M的差异,并不会影响到它们自然运动的轨迹。

验证方案:可以让航天员在飞船中去测定同体积钢球和泡沫球M的差异:如果能够准确地测出其差异,该推论即被证伪;反之该推论就是正确的。

 

最后以“嫦娥一号”为例,讲一讲自然运动非自然运动的本质差异。

“嫦娥一号”发射时,在距地面不超过200km的范畴内,必须为之提供动力;当进入轨道后即关闭发动机,它就可以在固定的轨道上继续绕地飞行——距地面200km即是非自然运动和自然运动的分水岭,即在第一阶段必须满足“一定是人工造成的”条件;而在进入轨道之后,其运行轨迹就由R~3/T~2=K所主宰了。

当它需要通过“爬高”改变轨道时,就又变成了非自然运动;而在靠近月球时则需要做减速的非自然运动,直到它的飞行速度跟月球周围由R~3/T~2=K所决定的轨道相吻合后,就又变成绕着月球飞行的自然运动——关于“嫦娥一号”被月球的“引力俘获”之类的说法,是很值得商榷的。

因为“嫦娥一号”只进入了月球周围的渐近闵氏空间,根本就没有进入月球的三维弯曲空间;这种绕月飞行的自然运动,跟所谓的“引力”是不存在任何关系的。

在我们对空间有了正确认识,并且树立了用L、T的函数表述的物理量(如g)是用于表征空间结构之属性的概念之后,就必须将物理学理论中广泛使用的g,认定为表征空间自然场“场强”的物理量;并且还必须承认它的大小和方向都是可以改变的。

物理学理论中经常用到伽利略时空变换、洛仑兹时空变换之类的说法,其实只需要将“时空变换”改称L-T变换,即可以消除掉不少观念上的混乱。

在理论物理学中还存在着依据牛顿的引力理论,应该存在三维弯曲空间,依据广义相对论,应该存在渐近闵氏空间,依据惯性系理论(或者是宇宙学理论),却应该存在渐近三维平坦空间之类的困惑——宇宙空间到底应该是哪一种呢?

依据物质~空间系统论、庞加莱猜想被“完全证实”,结合环绕速度7.9km/s和脱离速度11.6km/s粗略计算的结果:在距地球的球心不超过6.6×10~6m的范围内属于三维弯曲空间;距球心6.6×10~6m~1.39×10~7m的范围内,属于渐近闵氏空间;当距离大于1.39×10~7m之后,就成了渐近三维平坦空间——  引力理论所必需的三维弯曲空间,只存在于距地面不超过2×105~m的范围之内;相对论所揭示的渐近闵氏空间,存在于距地心6.6×10~6m~1.39×10~7m之间,惯性定律所必需的渐近三维平坦空间,则存在于距地心1.39×10~7m的范围之外。

引力理论、相对论和惯性系理论分别适用的三种空间,原本是同时存在的!

航天实践亦明确告诉我们:

存在于包裹着地球的“封闭空间的三维圆球”内的g,对m作用的方向在距地面200km以内指向球心,之外就变成了沿切线方向。

传统将仅适用于地球表面的“规律”外推,去“想象”宇宙演化的规律,这种方法实在不可取!

详细的讨论,请参阅此前已经发表的“封闭空间中的三维圆球”。

 

 

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