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力 与 运 动(中)

(2012-05-06 05:18:04)
标签:

文化

观念变革

物理学创新

新的中国的体系

杂谈

简介:在1中重点讨论了牛顿第一定律描述的所谓“惯性”,其实是对自然界真正“惯性”的扭曲——笔者在“所谓的‘暗能量’”一文中指出:

“亚里士多德说‘静止’是最基本的状态,指的是‘地上的’物体;哥白尼说‘运动是绝对的’,指的是‘空中的’物体;伽利略的自由落体公式,表述的也是‘空中的’物体运动之规律——对人类最直接相关的,却是如何描述‘地上的’物体运动之规律;至关重要的条件就是‘用人力……的必要性’(恩格斯语),牛顿三定律描述的都是非自然运动,应该是没有异议的。

但是,对于‘空中的’物体而言,其运动却是非人力所能为也,当属于自然运动的范畴而无疑”——只需要从区分自然运动和非自然运动切入,即可以一目了然地看清楚牛顿学说中存在的严重误区

牛顿的学说是针对“地上的”物体而建立的,而“地上的”物体的惯性就只有“静者恒静”一种形式;所以“”就成为支撑这种理论体系的最最重要的脊梁骨。于是就出现了“受平衡力作用”下的所谓的“惯性运动”;但是由于这种理论能够适用于解决“经验”中的运动学问题,人们就错误地把它当成了真理。从而甘心情愿地去接受牛顿宣称的“我们必得承认有一个上帝”的信条;西方的科学家有不少都是基督教的信徒,也是一种能够让牛顿受到顶礼膜拜的非常重要的心理基础。

在伽利略-牛顿体系中,伽利略认为惯性运动的轨迹是曲线,而牛顿则把惯性运动的轨迹定义为“直线”,本来就存在着针锋相对的矛盾;但是人们却都依据取近似的方法,忽略了这一点具有本质意义的差异。

这一篇主要讨论跟“力”字相关的问题,及其从18世纪末就基本上完成的“用能量取代力的概念体系”的工作。

 

                           力 与 运 动 (中)

 

 

2. 高中《物理》(2000年版)中明确写着:“应用机械能守恒解题,可以只考虑运动的初状态和末状态,不必考虑两个状态之间的过程的细节,这可以避免直接用牛顿第二定律解题的困难”。

实际情况则是,在现实生活中要解决与运动相关的物理学问题,只需要使用动量定理和动能定理、动量守恒和机械能守恒4个公式就可以了,根本就不再需要考虑牛顿第二定律。

教课书上这样写,说明专家学者们已经普遍意识到这个问题,但是由于传统认为机械能守恒定律和动能定理均由引力定律变形而来;孰不知除去动量守恒公式最早由惠更斯确立之外,其余三个公式均可以由将伽利略的自由落体公式变形后、两端同乘以m得到。

牛顿力学体系只有实用价值,我们不妨称其为“封闭的地球物理学”;跟真正用于揭示宇宙间之自然规律的“开放的宇宙物理学”,根本就不是一门相同的学问——由开普勒、伽利略和惠更斯三人总结出的、只使用L、T而不出现M的公式,就是存在于空间中、可以作用于M而使得物体(M的载体)做自然运动的“第一推动者”;相对论只是使得这三个人总结出的公式更简练、更精确、更实用而已。

牛顿力学的致命弱点就因为那个“”字,永远都跟上帝脱不开干系。

对这个问题的批评,以恩格斯在《自然辩证法》中的剖析为最多,以怀特海的说法最为尖锐,以牛顿自已的话最有公信力。

恩格斯首先指出:“为了避免找出我们的肌体的某种机能所引起的变化的真实原因,我们就造出某种虚构的原因,某种和这种变化相当的所谓的力。以后我们就把这种简便的方法搬到外在世界中去,这样,有多少不同的现象,便造出多少种力”;他同时举出了黑格尔的批评作为警示:“说磁石有灵魂(如泰勒斯所说的),比起说它有吸引力更好些;力是一种性质,性质是可以和物质分离的,可以想象为一种述语;而灵魂则是磁石的这种运动,是和物质本性等同的”。

他还更进一步指出:

力这个概念“是从人的肌体在周围环境中的活动中借来的”;“如果有人把运动的原因叫做力,这一点也不会损害力学本身;但是人们习惯于把这个名称也搬到物理学、化学和生物学里面去,这样一来混乱就不可避免了”。

“把纯主观的关于的概念,塞到一个已经确定是离开我们的主观而独立的,从而是完全客观的自然规律中去,这无论如何是一种奇怪的‘客观化’方法”(黑体字为原文中所有)。

怀特海的话更是一针见血:“牛顿所谓的力,不管表现为何种数学公式,都不过是上帝施予的外加条件而已”。

而牛顿自己的说法则还要更露骨些:“我不得不把我们这系统的结构归之于一个全智的主宰”;“我们必得承认有一个上帝”。

最终导致了爱因斯坦因为在广义相对论场方程中凭空添加了“反引力”,事后不得不承认“是我一生中最大的错误”,这个教训难道还不深刻吗?

另外,科学家们在有意无意之间,已经把理解为在两个物体之间“传递作用”的“第三者”,“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分:‘物质’即为诸如夸克、电子和缪介子等粒子;以及,‘相互作用’诸如引力和电磁力等”—— 已经成为“宇宙的物质内容”,一个用于描述“效应”的术语,居然变成了一种“物质”,不能说这不是“力”字带来的最严重弊端。

18世纪末,“拉格朗日和哈密顿的工作使力学彻底摆脱了对几何学的依赖成为完全分析的形式,并且以能量取代力的概念体系为力学在物理学中的广泛应用开辟了道路”。

这一次不仅“以能量取代力的概念体系”的一个绝好机会被错过了,反而又为“力学在物理学中的广泛应用开辟了道路”,不能说这不是一次重大的历史失误——直接原因是牛顿周围不应有的光环迷住了历代物理学家的眼睛,更为重要的是哲学没有为物理学提供一个物质~空间系统论的自然观。

如果能够浏览一下现在通用的中学《物理》教材,略微关注一下为什么牛顿力学已经被放到教学大纲中“了解知识”的范畴,不再作为高考的重点,就不难“悟出”牛顿那个“力”字,很快就会被“能量”所取代的。

关于“本人并不认为‘力’是物理学研究的最基本核心,理由是知识有‘经验知识’和‘理性知识’之分,运动有自然运动和非自然运动之别”的说法,就基于这样的基础之上。

明确地讲,牛顿力学体系属于“经验知识”的范畴,只能算是直观真理;从开普勒、伽利略、惠更斯等人,直到爱因斯坦、波尔等许许多多的人总结出的理论,都属于“理性知识”的范畴,应该被称为客观真理—— 现在存在于自然科学领域最重要的问题是,许多人都被直观真理迷住了眼睛,从而妨碍着他们去正确理解客观真理

最后,就让我们用这样的两段话做结吧。

这种绝对的认识有一个重大的障碍。正如可认识的物质的无限性,是由纯粹有限的东西所组成一样,绝对地进行认识的思维的无限性,是由无限多的有限的人脑所组成的,而人脑是一个挨一个地和一个跟一个地从事这种无限的认识,常做实践上的和理论上的蠢事,从歪曲的、片面的、错误的前提出发,循着错误的、弯曲的、不可靠的途径行进,往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理(普利斯特利)。         ——恩格斯

考虑到这些,我开始相信:那些抛弃从吃奶时就被灌输的并为大多数人所信仰的见解,转而接受一种被所有学派排斥的并只有少数人相信的见解的人,他们即使不是被迫承认,也必然是被有力的论据所打动。              ——伽利略

 

 

 

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