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‘全部物理学的新运动学’

(2016-02-01 05:54:48)
标签:

创新思维

爱因斯坦

文化

‘全部物理学的新运动学’

 

爱因斯坦是第一位明确表述全部物理学的新运动学基础的物理学家 ——这是耶路撒冷的希伯来大学与美国普林斯顿大学出版社主办编纂、出版的《爱因斯坦全集》〔编者按〕的第一句话,但是对于“全部物理学的新运动学”却没有下文;在分别剖析了哲学、物理学、数学三个不同领域,围绕‘运动’而存在的一些重要细节,并不难给出明确的回答如下:

全部物理学的新运动学”包括两部分内容:

一是由牛顿第一定律所描述的、地上物体做非自然运动的理论体系,二是由开普勒、伽利略等人所奠基、最后由爱因斯坦完成的,用于精确描述动者恒动的地外物体做自然运动的理论体系——两者的根本性差异有三:

牛顿的动力学描述地上物体的运动,观测者相对于地面静止,用直线表述运动径迹,必须受平衡力作用;而真正的运动学描述地外物体的运动,观测者必然随着地球而转动,用周期性回归的封闭曲线(可以简称为圆)表述运动径迹,无须考虑受力问题——牛顿第一定律、即所谓的惯性定律,属于

力学、而根本就不属于地地道道的运动学;由之所描述的匀速直线运动,在

自然界根本就不存在!学者们普遍忘记了牛顿第一定律所描述的惯性运动,运动物体都被限定在 ‘受平衡力’作用的前提下。

但是,上述关于描述非自然运动自然运动的两种理论体系,所使用的却是同一个公式S=Vt,前者的S直线,而后者则是;如果是在高速、长程的条件下,用量纲主单位的同一把直尺,去度量的误差积累,就绝对不能再忽略不计——这两种运动理论(即牛顿的动力学定律、开普勒-爱因斯坦的运动学公式)的根本性差异,就主要集中在这样一个焦点上。

爱因斯坦已经讲得非常明确:相对论中的时间和空间的不能这样来定义,即以为空间的坐标差能用单位量杆直接测量,时间的坐标差能用标准钟量出”——也就是说,相对论带来的在观测、运动两个坐标系中、坐标差l不同的根源,就在于不能使用同一的直尺‘直接测量’,而必须有一个隐含其中的协变因子、自然而然地予以调节才行。

关于哲学、物理学、数学不同领域的细节,可以极其简约地概括为:

亚里士多德的静止绝对-哥白尼的运动绝对——地心说-日心说——地上物体的静者恒静-地外物体的动者恒动——牛顿的动力学定律-开普勒的运动学定律——动力学限定用直线描述运动-运动学则是用描述运动——低速、短程误差积累可以不计-高速、长程的误差积累不允许忽略。

在这6个非常关键的知识细节中,一、二属于哲学的范畴,三、四属于物理学的范畴,五、六属于数学的范畴——就是因为不关注从这6个方面进行严格区分,最终导致形成一个特大的盲区:把动力学运动学混为一谈,把非自然运动自然运动混为一谈,把直线运动圆运动混为一谈,把经验知识理性知识混为一谈,把地上静者恒静地外动者恒动混为一谈……。

自然界的物体有、且只有两种自然状态;地上的物体静者恒静,要运动就必须受力,牛顿动力学描述的就是静者恒静运动的规律;地外的物体则动者恒动,开普勒-爱因斯坦的运动学描述的则是动者恒动的规律——问题的关键集中在,对于地外物体运动的观测描述,如何才能消除掉‘坐地日行八万里’的误差积累。开普勒第三定律之所以不能定量计算,就出于这样的原因;为什么400多年都不能得以解决,一是描述自然运动、平面几何已经捉襟见肘,二是观测者随着地球而转动的误差,必须有一个协变因子,才能代入运动方程S=Vt,而被自然而然地予以消除。

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