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淘汰牛顿万有引力理论的条件已经成熟

(2012-10-27 20:34:37)
标签:

淘汰牛顿引力理论

物理学教育

万有引力定律

科学世界观

未来物理学发展方向

分类: 万有引力问题探索

淘汰牛顿万有引力理论的条件已经成熟

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2012年10月27日)

科学是在各种理论不断推陈出新的过程中完善起来的。在科学的历史上曾经淘汰过许多占据统治地位很长时间的理论。例如亚里士多德的“地心说”和“物体越重自由下落速度越快的理论”都是经历了超过一千多年的时间后才被淘汰的。可见,并不是占据主流地位时间越长的理论就是越正确的理论。这些理论被淘汰的原因是相同的,它们都是根据“假象”和“错觉”建立起来的理论。

牛顿的万有引力理论已经经历了300多年。在这期间,虽然有很多新的研究结果都证明这个理论存在很大的问题。但是,几乎没有人知道其问题的根源在哪里。随着最新的科学发现,这个问题的根源已经浮出了水面。我在前一篇文章中已经明确指出,牛顿万有引力理论问题的根源与亚里士多德的地心说和自由落体理论问题的根源是一样的,都是依据“假象”和“错觉”建立起来的理论。这样的理论是无法通过修正和弥补的方法来纠正其错误的。所以,牛顿的万有引力理论也同样避免不了最终被淘汰的命运。

然而,淘汰一个旧理论并不是一件容易的事情。除了要找出旧理论必须被淘汰的理由之外,还要准备好一个可以替代旧理论的新理论。其实,随着新物质属性的发现,一个新的统一物质物理学的理论体系已经开始形成。在这个新的理论体系中已经基本具备了那些关于牛顿所描述的那个万有引力现象的新理论。因此,现在淘汰牛顿万有引力理论的条件已经成熟。本文以下就此问题进行分析和讨论。

1.      为什么要淘汰牛顿的万有引力理论?与这个问题相关的内容我已经在前一篇文章中清楚地论述过了。简单地说就是牛顿的万有引力理论是建立在假象和错觉基础之上的理论,是一个违背科学基本原则的、无法纠正的错误理论,因此除了被淘汰之外没有其他选择。

2.     牛顿所描述的那个“万有引力现象”的本质是什么?这个问题在这之前的文章中也讨论过了。简单地说,牛顿所描述的那个“万有引力现象”的本质就是“自由落体运动现象”。自由落体运动现象就像它的名称一样,是一个不受力的“自由”运动。它的产生并不涉及到任何力,而是因为一个物体在另一个物体的质量场中,由于质量场与质心的不对称而导致物体属性之间失去平衡,结果物体质心就向着趋近于平衡的方向移动而产生出来的现象。质心移动的加速度由该物体质心所在位置上的质量场密度决定。(质量场密度计算公式为:D=M/4πr2)。这个本来完全不受力的过程却被牛顿错误地描述成了“物体之间的相互吸引现象”。因此,牛顿描述的那个“万有引力现象”的本质实际上就是不受任何外力作用的“自由落体运动现象”。“物体之间的相互吸引作用”是牛顿对“自由落体运动现象”的本质不了解而从对这个现象的表面观察中产生出来的错觉。

3.     为什么说淘汰万有引力理论的条件已经成熟?首先,万有引力理论是建立在假象和错觉基础之上的理论,这一点已经确定无疑。这说明牛顿万有引力理论的命运必定与地心说和亚里士多德自由落体理论的命运相同,最终一定会被淘汰。第二,可以替代牛顿万有引力理论中正确部分的理论和计算公式都已经准备好了。因此说淘汰万有引力理论的条件已经成熟了。

4.     怎样淘汰“牛顿的万有引力理论”?这是一个人们最关心的问题。我想应该:1)把牛顿万有引力理论中错误的地方(例如“引力”概念等)彻底淘汰不再使用。2)牛顿理论中正确的部分(例如“万有性”)将被包括在“物质的统一性”和“自由落体运动”理论之中。3)使用新公式取代牛顿的公式。4)更正以往的相关模糊概念。具体操作和理由如下:

a.     停止使用“万有引力”、“引力场”、“引力子”、“引力波”、“地心引力”等所有与牛顿引力理论有关并带有“引力”字样的物理学概念。理由是:这些概念所描述的东西都是客观不存在的。

b.     用“自由落体运动现象”(或简称“落体现象”)来取代牛顿所描述的那个“万有引力现象”。今后不再使用“万有引力现象”这个概念。理由是:牛顿描述的那个“万有引力现象”作为一个客观存在的现象虽然的确存在,但因为这个现象的本质是“不受力的自由落体运动”而不是“物体之间的相互吸引作用”,因此,用“自由落体运动现象”来取代“万有引力现象”的说法才是科学的。

c.     用“自由落体力”(或简称“落力”)来取代用牛顿引力计算公式计算出来的那个“万有引力”。理由是:“引力”根本就不存在。但引力公式所计算出来的力却是存在的。这个力不是引力,而是因为物体处于自由落体状态下,下落物体的质量与自由落体加速度之间形成的力。这个力是自由落体运动的一个结果,而不是自由落体运动的原因。如果这个新概念不容易接受的话,暂时使用“重力”这个词汇过渡一下也可以。但“重力”的概念必须脱离牛顿的引力理论。

d.     重新定义“重力”概念。重力是因为物体处于自由落体状态下由物体的质量和自由落体加速度产生出来的力。计算公式是F=mg。其中F是重力(或“自由落体力”),m是下落物体的质量,g是自由落体加速度(或“重力加速度”)。理由是:从“引力”概念中把“重力”解脱出来。把重力与自由落体运动联系起来。重力是由质量和加速度产生出来的,而不是导致加速度产生的原因。因此,在讨论表达重力加速度时绝对不能写成g=F/m的形式,只能用g=GmD来表达“重力加速度”(自由落体加速度)。

e.     重新定义“重力加速度”(或“自由落体加速度”)。这个加速度可以定义为“物体的质量场密度在力学现象中的作用(或表达)形式”。理由是:自由落体加速度g与质量场密度D之间的物理关系是“质量场的密度直接决定自由落体加速度的大小”。因此,自由落体加速度g与质量场密度D之间的数学关系是 :g/D=Gm。Gm是g与D之间的转换系数。它是一个常数:Gm=8.38x10-10m3s2kg。只要质量场密度确定之后,反映在力学现象中的自由落体加速度就被决定了。在物质存在形式上的质量场密度就是在物质运动形式上的重力加速度(自由落体加速度)。

f.     对牛顿万有引力公式的新解释。牛顿的万有引力公式实际上是由两层意思组成的:F=mg 和 g=GM/r2。前者在上面“重新定义‘重力’概念一节中已经说明过了。后者实际上是把公式g=4πGM/4πr2中的“4π”约掉后的数学公式形式。如果把g=GM/r2还原成g=4πGM/4πr2就好理解了。其中的M/4πr2就是质量场密度D,而4πG就是g与D之间的转换系数:4πG=g/D=Gm。引力常数G之所以是一个常数就是因为它来自4πG=g/D这个固定的转换关系。

g.     牛顿引力和引力加速度计算公式应该被新公式所取代。使用F=GmmD取代F=GMm/r2,用g=GmD取代g=GM/r2。理由是: F=GmmD和g=GmD有简单明确的物理学推导过程(不是纯数学的推导)。Gm和D都有明确的物理学意义。而F=GMm/r2和g=GM/r2完全没有明确的物理学推导过程,而且公式中的“G”和“距离平方反比”的物理学意义不明确。不仅如此,F=GmmD和g=GmD反映出了力F或加速度g与质量场密度D之间的关系。当物体处于运动状态时,质量场会因为漂移效应而发生密度上的改变。牛顿的公式不能反映出这种动态效应。而F=GmmD和g=GmD却可以。所以,用F=GmmD和g=GmD计算出来的结果比牛顿的引力公式的计算结果更准确,应用范围更广泛。

h.     纠正“重力”与“重量”计算形式相同的错误方式。现在教科书上用同样形式的公式来计算地球表面的重力和重量,仅仅是符号不同而已。计算重力的公式是F=mg,计算重量的公式是W=mg。这种错误的表达方式来自牛顿的引力理论。所以必须改正。改正后的理论要把重力加速度的概念统一到:g=GmD上。理由是:物体的重量实际上是地球表面的一些干扰因素与重力之间产生出来的一个综合效果。这些干扰因素包括地球自转所产生出来的离心力,地表到达地心之间的距离以及物体本身在空气中受到的浮力等等。所以,在一般情况下,真实的重量应该小于重力:W=mg-ma。其中ma是干扰重力的所有因素的合力。所谓干扰重力的力就是阻止物体做自由落体运动的力。不算这个力的结果就是重力,把这个力也算在内的结果才是重量。所以,重力和重量不能用相同的F=mg和W=mg形式表示。这种表示方式随着牛顿引力理论被淘汰的同时也要被淘汰掉。如果一定要用这两个同样形式的公式来表示重力和重量的话,那么就必须认清在F=mg和W=mg这两个公式中的加速度g不是相同的概念。F=mg中的g来自g=GmD,而W=mg中的g来自现场测量到的实际结果。所以,不能在F=mg和W=mg这两个公式中使用同一个重力加速度g。这些模糊概念都需要随着牛顿引力理论的淘汰而得到澄清和更正。

i.     今后不再使用“引力常数G”这个概念。取而代之的是“自由落体加速度与质量场密度之间的转换系数Gm”。这个名称有些长。至于如何简化的问题可以交给物理学家们去讨论。取代的理由很简单,转换系数Gm的物理学意义非常明确,很容易理解。而牛顿的引力常数却很难理解。

j.     如何用替代理论解释那些与牛顿理论描述有关的现象?例如,目前人们用“地心引力”来解释苹果落地的现象。用“万有引力”来解释月球围绕地球旋转的现象。这些解释都依据牛顿的万有引力理论做出的。如果把牛顿的万有引力理论淘汰了,今后如何描述和解释这些现象?针对这些问题,我们必须从物质的统一性上来做解释。首先要认识到物质同时具有实体和场这两个属性,然后,要认识到这两个属性之间的不对称性会造成物体在存在形式上的不稳定现象,具体表现在物理现象上就是“运动”。因此物质属性的不对称性与物体运动直接相关。因为地球的质量场对苹果的质心而言是不对称的,因此苹果的质心就一定会向着与质量场对称的方向移动,而出现了自由落体运动现象。所以,苹果落向地面。这个过程并没有力的作用。至于月球围绕地球旋转不掉下来的解释也是一样,月球在地球的质量场中有一个落向地面的趋势。但是,因为月球是在运动着的。运动本身也是物体自身的质量场与质心不对称状态。当月球自身质量场与质心的不对称性与地球质量场与月球质心的不对称性正好抵消的时候,月球就稳定在它的轨道上了。

从物质统一性上来讲,物体同时具有实体属性和场的属性。因此,物体之间的相互作用不仅有实体之间的相互作用,而且场之间的相互作用也属于物质之间的相互作用。苹果落地和月球围绕地球旋转不掉下来的原因是因为物质之间的质量场也有相互作用。

在以上这些基础方面解决了淘汰牛顿引力理论的问题之后,其他问题就可以根据这些内容做出适当变动了。

5.     因为自由落体运动现象涉及到物质属性的问题,而物质属性又是一个物理学最最基本的问题。因此,在淘汰牛顿万有引力理论的过程中就不可能离开对物质两个属性的承认。这可能是在淘汰牛顿理论过程中将遇到的最大学术阻力。质量场的发现就像地球自转的发现一样。如果不知道地球自转就不知道地心说是错的。同样,如果不知道物质同时具有实体和场的属性,就无法正确理解自由落体运动现象的起源,如果不能正确理解自由落体运动现象的起源,就无法知道“万有引力现象”其实就是从“自由落体运动现象”中产生出来的假象,“万有引力”就是从这个假象中产生出来的错觉。冰冻三尺非一日之功。牛顿的引力已经存在了300多年。而且在牛顿的理论基础上又形成了很多衍生理论。今天有很多科学权威的理论也离不开牛顿的引力理论。因此,淘汰牛顿的理论对很多人来说还存在个人利益上的冲突,所以是一件很困难的事情。但是,科学家要尊重科学,科学家应该比任何人都更有气度和尊重事实。一个应该淘汰并已经具备淘汰条件去淘汰的理论如果不尽快淘汰的话,就等于是一种助纣为虐的行为。一个错误的基础理论对整个科学的不良影响之大是无法估计的。因此,早一天淘汰就会早一天让所有的人从错觉中清醒过来。可以节省大笔科研经费,节省劳力。而且,如果方向摆正的话,一定会在很短的时间内出现很多新的发现。这对推动科学发展具有重大意义。而且也会给教学带来方便。让学生们做到“不仅知其然,而且也知其所以然”。

6.     淘汰理论牛顿理论之后最先要做的事情就是修改教科书中有关万有引力的教学内容。把这部分内容写在针对物质的基本属性和自由落体运动的教学内容中。在物质的基本属性中重点介绍物质的质量和质量场属性以及它们的对称和不对称所表现出来的运动形式。在自由落体运动教学内容中重点介绍自由落体运动加速度的来源和自由落体运动是如何产生出重力的。让学生认识到发射卫星上天的过程不是克服重力的过程,而是克服自由落体加速度的过程。让物体在垂直向上的方向上产生一个比自由落体加速度更大的加速度,物体就会升向天空。具体如何修改教材是物理教师们今后将面临的一项不可回避的重要任务。

我们知道,当两个理论都能够解释同一个问题的时候,一定是其中那个简单的理论更接近真理。如果其中的一个理论比另一个理论对同一个问题的解释更清楚的话,那个解释更清楚的理论一定更接近真理。如果其中的一个理论比另一个理论可以解决更多问题的话,那个解决更多问题的理论更接近真理。如果其中的一个理论比另一个理论更符合物理机制的话,那个更符合物理机制的理论一定更接近真理。当一个更接近真理的新理论已经形成时,相应的旧理论被淘汰的条件就已经成熟了。从任何方面讲,现在淘汰牛顿万有引力理论的条件都已经成熟了。剩下的任务就是付诸行动了。虽然,在这个过程中需要有一个从“假象”转变回“真相”的世界观转变过程,但是,这个过程应该不会太难。因为假象导致的结果是复杂和难以解释的,而真相是简单明了的。一旦世界观转变之后,旧理论的淘汰就会立刻开始。淘汰旧理论的阻力将来自对个人利益的影响。尤其是对权威个人利益的影响。一个信仰了一辈子的理论突然被淘汰了,实在是让这些人从感情上难易接受。可以想象,在淘汰牛顿万有引力理论过程中将遇到的最大阻力一定是来自这些守旧的权威人士。但如果有开明权威支持的话,淘汰过程就会变得很容易。否则就只能像哥白尼的日心说淘汰地心说那样等上半个多世纪才得以实现了。这样就只好等待几代人的努力。因此,教育下一代人对完成这个淘汰过程就显得非常重要。

希望物理教师们抱着对学生负责的态度,认真考虑淘汰牛顿引力理论的问题。不要让学生们在课堂上继续接受错误的教育了。试想,如果今天还有教师用“地心说”教育学生,说地球是宇宙的中心,所有的星球都在围绕地球旋转,学生们会怎样想?不久的将来,如果还有人用牛顿的万有引力理论教育学生的话,结果会与教授给学生地心说是一样的。在不明白真相和没有合适替代理论的情况下,教师们不得已教授一些错误的理论给学生也是情有可原的事情。但是,在真相大白,而且已经很明确的情况下,明明已经知道了什么是正确的理论,如果还继续向学生灌输错误的理论,这样的行为就属于对学生不负责任了,是不可原谅的。如果现在还没有勇气直接淘汰牛顿引力理论的话,至少应该把可以替代牛顿理论的新理论同时教给学生,以便让学生在将来旧理论被淘汰的时候不至于埋怨老师。因此,希望教师们认真考虑淘汰牛顿引力理论的问题。不要继续误导学生了。在淘汰牛顿理论的过程中,教师必将起着主要的作用。

本文引用地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a2663701018vuq.html

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