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正确理解万有引力现象的关键是什么?

(2011-06-22 23:33:38)
标签:

万有引力

重力

方法论

关键所在

万有性

分类: 万有引力问题探索

正确理解万有引力现象的关键是什么?

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2011622日)

关于万有引力的问题现在主要有两种解释:一种解释认为万有引力是物质之间的相互作用结果,我们不妨称之为“相互作用学说”。另一种解释认为万有引力不是物质之间的相互作用结果,它根本就不是相互作用力。后者可以叫做“非相互作用学说”。

“相互作用学说”中包括了以牛顿的理论为基础衍生出来的各种学说。而且还包括了用“斥力”解释引力现象的学说。不管这些具体学说的内容是什么,“相互作用学说”是建立在“相互作用(力)”的基础之上的。既然是相互作用,那么就离不开能量和介质的参与。这个学说的致命之处就是它无法解释产生万有引力的能量来源的源头是什么。因此最终全都走向了神秘化。从自然现象来看,其实万有引力与所有其他能量和力(包括电力和原子力)等相比更加初级和原始。因为就万有引力而言,只要有两个物体和一定的距离就具备了产生万有引力现象的条件。没有物质内部结构和能量上的要求。这个学说的另一个缺陷是它不能解释万有引力不可屏蔽的现象。可能就是因为这个原因,有人试图使用“斥力”来解释万有引力现象。但是,“斥力”是一个更加无法解释万有引力中其他现象的学说。

非相互作用学说”的典型理论是爱因斯坦用时空弯曲对万有引力现象的解释。爱因斯坦的理论认为物体之间不存在相互吸引作用,万有引力现象是因为巨大的质量导致它周围的时空发生弯曲而表现出来的一种几何效应。科学主流认可爱因斯坦的这个观点是因为它可以比牛顿引力定律更准确地计算出水星轨道的缘故。而且也可以解释在引力现象中引力不可屏蔽和不需要内部能源的问题。然而,由于相对论是建立在数学运算的基础之上,而不是物理机制的基础之上,所以,“弯曲时空”的本质是什么,就连爱因斯坦本人也解释不清。这也让他的理论走向了神秘化。结果,爱因斯坦把自己放在了自相矛盾之中。由于他对万有引力的认识不正确,所以曾经在引力波问题上出尔反尔。实际上绕了一圈最终又回到了牛顿的相互作用力学说上来了,相信引力波的存在并导致主流科学界投入巨大资金和人力在寻找引力波和引力子。不管万有引力是或不是相互作用力,摆在人们面前的不争事实是:“万有引力”是一个既可以测量出来,又可以计算出来的(力)值。从这些方面可以看出爱因斯坦对引力的解释存在很严重的问题。

以牛顿理论为代表的“相互作用力学说”和以爱因斯坦相对论为代表的“非相互作用学说”都无法圆满地解释万有引力现象。可是,“万有引力”毕竟是一个可以测量到和计算出来的力。那么认识万有引力现象的关键是什么呢?如何才能正确理解万有引力现象呢?我想以下几点是关键:

一、 万有引力的万有性

在所有的力中,只有“万有引力”是“万有的”和“不需要特定条件的”。除此以外的所有其他力都是局部的和有条件的。所以,在研究万有引力现象的时候首先要从它的“万有性”入手。

二、万有引力现象与能量和物质结构无关。

万有引力现象的“万有性”告诉我们,万有引力现象的出现与物体自身内部的能量和结构无关。从万有引力的计算公式也可以看出来,“引力”的大小仅仅与质量和距离有关。而质量是物质与生俱来就带有的自然属性。它没有来源。质量是所有的物质都具有的。也就是说,质量和“引力”都具有万有性。而且它们形影不离。那么距离表示的是什么呢?当然就是“空间”。这就是说,只要有质量和质量中心之间的空间距离,那么就会出现万有引力现象。除此之外,引力现象的出现不需要任何其他的特殊条件。所以,在研究万有引力的时候不应该从物质的内部结构和能量上去寻找它的来源,而应该着眼于物质的基本属性上。这是认识引力现象的一个很关键的地方。

三、万有引力现象是物质基本自然属性的自然表现。

任何物体所具有的万有性都包括了“质量”、“质心”和“质心之间的空间距离”。只要是物质,就一定有质量。只要是物质构成的物体,就一定有一个质心。只要存在两个以上的物体,就一定存在质心之间的空间距离。只要两个质心之间存在空间距离,那么就一定会在它们之间表现出万有引力现象。而且这个力的大小只与质量和距离有关,与其他任何条件都无关。因为质量是物质的自然属性,距离是空间的一种自然属性,所以,万有引力现象的产生完全是物质基本自然属性的自然表现。也就是说,处于自由落体运动状态中的物体才是一种完全不受力的物体原始自然存在状态。理解“万有引力现象”的这种自然属性是认识万有引力本质不可缺少的前提之一。

四、距离所反映的是物质所具有的“场”的属性。

在对万有引力现象的研究中,“距离”所反映出来的物理学意义是最容易被忽视的。很少有人认真追究过引力现象中“距离”所反映出来的本质是什么。因此,无法理解牛顿的引力公式中的距离为什么是一个平方,而且还是反比。牛顿的所有力学理论都是质点力学。质点力学使用的都是“质点”和“轨道”来解释自然现象。所以,在牛顿力学中只要把距离作为线性处理就可以了。然而,线的平方就不再是线了。所以,实际上平方反比定律所反映的并不是线性距离,而是一个场的特性。我们不应该把r2中的“r”与其中的“平方”作为数学关系分离开来对待,而应该把“r2”作为一个整体的物理因素对待。从r2中看到的不应该是一个简单的线性(半径)距离的数学平方,而是一个物理学的“场性”(球)面积的存在。这二者之间存在着本质的不同。这就是说,距离所反映出来的是物质的另外一个基本属性:场的属性。因为这个场与质量密不可分,所以我把它叫做“质量场”。爱因斯坦所描述的弯曲空间实际上也是一个场。只有用场才能把牛顿的理论和爱因斯坦的理论联系起来。所以,我们不能把引力现象中的距离单纯地看做是线性距离,而应该用“场”的观念来理解这个距离。这一点是绝对不可忽视的。

五、反作用力也是作用力。

从万有引力是可以测量到和计算出来这些方面看,它一定应该是一种作用力。可是从它不可屏蔽和它的来源与物体自身能量与结构无关的方面看,它不可能是一种物理学通常所说的“作用力”。这种矛盾必须解开才能正确认识万有引力现象。人们因为受传统观念的影响,习惯性地把所有的作用力都当成作用力,而忽视了一个很重要的问题,那就是“反作用力也是一种作用力”。至少它们在数学计算上是相等的。其实,“万有引力”并不是普通的作用力,而是一种反作用力。牛顿和爱因斯坦引力理论中混乱的产生都来源于这种力学因果关系上的颠倒不清。由于作用力与反作用力在数学计算结果上数值相等,所以,从引力计算公式中得到的结果实际上都是反作用力的大小。这种计算结果在实际应用上没有任何问题。不管是作用力还是反作用力,只要计算结果正确,就可以把卫星发射到太空中去。但是,由于因果关系的颠倒,再怎么准确的数学运算结果也无法解释引力现象中的物理机制。所以才导致引力理论陷入了困境。想要让引力理论走出这个困境,就必须认清引力现象中正确的因果关系。只要认识到“万有引力”是反作用力的话,所有问题就迎刃而解了。这个反作用力的产生过程可以这样理解:(用称重量来举例),一个物体处于自由落体运动状态的时候是它的自然不受力状态(是由物质的基本自然属性决定的)。秤盘给这个物体一个向上的作用力阻止它的自由落体运动,这个物体给秤盘一个反作用力(重力)达到平衡。结果从称的刻度上读出来的重量就是这一对作用力与反作用力之间的力。看一下根据牛顿理论建立起来的这两个公式:F=maF=mg,就知道,从数学运算上它们是一样的,都是“力等于质量乘以加速度”。但在现实应用中二者无法混淆。原因就是“F=ma中的力是作用力(力决定加速度的大小)”,而“F=mg中的力是反作用力(加速度决定力的大小)”。在引力问题上改正这种作用力与反作用力的观念可能还需要一定的努力。 但只有摆正这种因果关系,才能正确理解引力现象所带来的所有问题。

六、加速度与力之间的因果关系

正确理解加速度与力之间的因果关系是认识万有引力现象的一个关键所在。通常人们对力的理解是:力是改变物体运动状态的原因。因此把这种思路也应用到了万有引力现象之中。实际上这是非常错误的。在F=ma中,力是让物体m产生加速度a的原因。但在F=mg中却恰恰相反,F则是从物体m和加速度中产生出来的。所以,不仅力可以改变物体的运动状态,而且,物体运动状态的改变也可以产生出力。万有引力就是后者。这个力的产生过程是:物质具有实体和场这两个基本自然属性。物质的场属性决定了那个所谓的“引力加速度”。也就是说,在引力还不存在的时候引力加速度早就决定好了。它是物质属性决定的。当第二个质量为m的物体处于这个场内的时候,它就会以F=mg的形式产生出力来。

关于加速度与力的关系从牛顿引力公式中也可以照到。计算引力加速度的公式是g=GM/r2。其中不需要F。但计算引力的时候却离不开加速度g:F=mg。由此可见,引力加速度出现在引力之前。所以,在万有引力现象中,引力加速度是因,引力是果。如果把这个因果关系搞反了的话,就永远也无法正确理解万有引力现象。

本文引用地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100wti5.html

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