“万有引力现象”中的“超距作用”到底是怎么回事？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis 2013年11月17日）

“万有引力现象”是牛顿发现的。但是，牛顿始终都没能理解在这个现象中存在的“超距作用”到底是怎么一回事。所谓的“超距作用”指的就是两个被空间隔开的物体之间存在的相互作用。例如，地球与月球之间，地球与正在自由下落的苹果之间存在的相互作用等。

其实，不仅牛顿不能理解，而且几乎所有的人都不能理解这种超距作用。尽管不能理解，但人们还是在试图做出各种各样的解释。

人们对这种超距作用做出的解释基本上都是基于想象。首先，笛卡尔认为，两个被空间隔开的物体之间存在的相互作用（力）是通过一种叫作“以太”的东西传递的。在宇宙空间中充满了这种叫作“以太”的东西。“以太”是人们想象出来的一种很奇特的东西。说它奇特是因为人们认为“以太”是一种物质，而这种物质却没有质量。牛顿也不得不相信以太的存在，否则就无法解释超距作用。然而，以太仅仅是一种想象中的东西，没有人可以证明它的存在。不仅如此，那个原本想要用来证明以太存在的著名的“迈克尔逊－莫雷实验”得到的却是零结果。这个实验非但不能证明以太的存在，反而彻底否定了以太的存在。因此，万有引力现象中的超距作用依旧还是一个谜。第二个对超距作用做出解释的是爱因斯坦。爱因斯坦认为，在万有引力现象中根本就不存在相互吸引作用。也就是说，在万有引力现象中“超距作用”根本就没有存在的必要。地球围绕太阳转的原因与万有引力无关，而是太阳的巨大质量使得其周围的空间发生了弯曲，地球只不过是按照太阳周围空间的弯曲方式运转罢了。这个理论至今还没有被彻底推翻，但存在很多自相矛盾的地方。首先，“空间弯曲”是一个抽象的说法，那个实际弯曲的客观存在到底是什么？是“以太”被弯曲了吗？可是爱因斯坦的理论是在不存在以太的前提下形成的，如果说空间的弯曲离不开以太存在的话，就会与爱因斯坦的基本理论相悖。不仅如此，“空间弯曲”仅仅是一个数学模型，完全无法从物理机制和客观存在上得到验证。例如，假如说地球的质量导致地球周围的空间发生弯曲，到底空间应该向那个方向弯曲呢？是向地球的北方弯曲还是向西方弯曲？向哪个方向弯曲都不对。不过，不管爱因斯坦的理论是否成立，他提出来的观点是新颖的：在万有引力现象中，“万有引力”这个相互吸引的作用是根本就不存在的。这虽然能够应付解释超距作用这个问题，但爱因斯坦的理论本身是很难让人接受的。第三种对超距作用的解释基本上是来自民科。认为万有引力现象不是物体之间的相互吸引导致的，而是来自空间的斥力把两个物体推到一起的。这个解释也是站在引力不存在的立场上。但用斥力来取代引力其实就是引力的翻版。用斥力解释万有引力现象比用引力解释显得更没有道理。原因很简单，一个悬浮在空中的苹果如果受到斥力作用的话，这个斥力应该是来自苹果周围所有方向的，不可能只来自天上。因此，苹果没有理由非要落向地球的方向。

所以说，至今为止，牛顿没能理解的超距作用之谜依旧还是一个谜。那么，在万有引力现象中的超距作用到底是怎么一回事呢？我的看法和分析如下：

1、牛顿建立了“三大运动定律”。这三个定律是根据物质的实体所表现出来的物理现象和规律建立起来的。因此，这三大定律只适用于物质的实体所产生出来的物理现象。在牛顿的力学理论中用“质点”来表示“独立的物质实体”。每个物体无论大小都可以用质点来表示。因此，“牛顿力学”也可以称作是“质点力学”。质点力学完全不考虑“物理场”在物理现象中的作用。所以，牛顿的三大运动定律只适用于质点，不适用于与场的作用有关的物理现象。

2、牛顿发现了“万有引力现象”并对这一现象做出了数学分析，但没有做过本质上的分析。后人在牛顿的发现和分析的基础上构建成了“牛顿万有引力定律”。众所周知，牛顿的万有引力定律一直都是孤立于他的三大运动定律之外的。没有把万有引力定律与三大运动定律合并到一起不是没有其道理的。这个道理今天看来很简单，就是因为“万有引力现象”实际上是由“场的相互作用”产生出来的，而不是由质点（实体）之间的相互作用产生出来的。所以，牛顿的万有引力计算公式所反映出来的其实是场的相互作用关系。而三大运动定律反映的是质点的相互作用关系。质点与场遵循着不同的规律，因此，万有引力定律是无法与三大运动定律合并到一起的。但是，因为在牛顿的时代没有人知道这个场的存在，所以，在牛顿的心目中也就不可能会想到用场来解释万有引力现象。不仅如此，其实在牛顿之前，天体之间存在“引力”这个说法早就已经存在了。只不过人们不知道地球表面的苹果落地与天体之间的引力现象是同一回事罢了。是牛顿发现这个引力现象的“万有性”。所以，在牛顿对万有引力现象进行数学分析的时候，他因为承传了前人的引力说法，早就先入为主地认为地球与月球，地球与太阳之间存在着质点之间那种吸引力的相互作用关系。因此他是用三大运动定律的思路对万有引力现象进行数学分析的。由于牛顿的头脑中只有质点没有场，因此，他就很自然地用解释质点规律的思路去解释实际上是由场的相互作用所产生出来的万有引力现象了。用质点去解释万有引力现象当然就离不开“力”、包括“碰撞”、“吸引”和“拉扯”等直接的或通过某种媒介来传递相互作用的思路了。于是牛顿就把“万有引力现象”人为地（没有任何根据地）想象成了是物体与物体之间相互吸引的过程。这一想象非同小可，在他之后的几百年里受到他影响的所有后人都相信在地球与月球之间以及任何两个物体之间都有力通过一种什么东西拉着它们。

3、显然，数学结果把牛顿给骗了。牛顿和所有的物理学家一样，过分相信用数学解决物理问题的能力。他也许从来都没有想过这样一个道理：数学是计算不出真理来的。如果建立数学模型就能计算出真理来的话，那么法官判案的时候找数学家来计算一下结果就可以了，何必还要做现场调查呢？牛顿的万有引力计算公式虽然是正确的，但那个公式不是从物理机制中推导出来的，也不是用数学一步一步严格推导出来的，而是根据某些相关的数学关系“构建起来的”。实际上，数学计算出来的结果可以是实际存在的物理结果，也可以是非实际存在的预测结果。所以，数学计算出来的结果并非一定就是实际存在的物理现象。例如，用牛顿万有引力公式（F=GMm/r²）计算出来的地球与月球之间的所谓“引力”就是非真实存在的预测结果。这个计算出来的所谓“引力”并非是实际存在的。这个计算结果所表示的真实意义是：如果月球与地球在满足该计算公式中的所有条件（静止不动、地球半径到达月球表面等）下接触在一起的话（就像苹果放在地球上一样），它们之间就会产生出F这么大的一个力。但在地球与月球之间没有接触的情况下，那个计算出来的引力只不过是一个“数字”而已，并不是一个真实存在的力。举个通俗的例子来说明：假如你找到一份工作，签订了5年的合同。每个月的工资是5千块，那么你一年的工资收入就是6万块。5年就是30万。但这并不表示你在签完合同的那一瞬间就已经拿到了30万块。这时的“30万块”只不过是一个数字而已。如果你拿着这个数字到车行去买汽车，车行的人肯定不会把车卖给你。你如果因为车行的人不卖车给你而感到不理解的话，这就象牛顿不理解超距作用的道理是一样的了。其实，只有当所有的条件都实现之后，数字才能成为现实。同样道理，计算出来的万有引力并非就是现实存在的力。计算结果是计算结果，现实是现实，不能等同起来。然而，在物理学理论的研究历史中，人们经常把计算出来的数字当成现实的客观存在使用。牛顿也是如此，把计算出来的那个非现实的力当成了真实存在的力。因此他无法理解在万有引力现象中的超距作用。

4、实际上，在万有引力现象中根本就没有什么超距作用。苹果放在秤上就会显示出苹果的重量。这是因为苹果与秤之间有相互作用。重量所反映的是重力的作用。在这个相互作用中不存在超距作用的问题是显而易见的。月球与地球之间没有实体与实体之间的相互作用，因此，在月球与地球之间没有力的关系存在。但是，如果这时把用牛顿引力公式计算出来的地球与月球之间的那个“引力数字”当成真实存在的力对待的话，那么就难以理解为什么会出现超距作用了。相反，如果知道地球与月球之间根本就没有引力存在，也就不会为“超距作用”的事情而烦恼了。可见，牛顿的烦恼是完全没有必要的。

5、问题是，如果月球与地球之间没有实体与实体之间的相互作用，也就是说没有引力存在的话，那为什么地球与月球之间会相互影响呢？其实回答这个问题并不难。这涉及到牛顿不曾认识到的“场”的问题。从最新的研究结果得知，物质自身具有两个基本属性：一个是“质量属性”，另一个是“质量场属性”。质量属性是通过质点反映出来的，但质点却不能直接反映出质量场属性。由于牛顿力学是质点力学，因此，牛顿力学没有涉及到物质的质量场属性。这就是牛顿理论的主要缺陷所在。牛顿虽然在他的理论中没有涉及到质量场，但实际上他的万有引力计算公式却在不知情的情况下间接地涉及到了质量场。牛顿引力公式中的距离平方反比定律所反映出来的就是质量场的一个特征。质量场密度的计算公式是D=M/4πr²。显然，牛顿引力公式中的距离平方反比所反映的就是这个质量场密度中的距离平方反比关系。

由于质量与质量场是物质的基本属性，因此，所有的物体都有一个质量和一个质量场。地球和月球也都不例外。地球的质心位于月球的质量场中，月球的质心位于地球的质量场中。地球的质量场对地球自身的质心而言是对称的，但对月球的质心是不对称的。同样月球的质量场对月球自身的质心是对称的，但对地球质心是不对称的。既然存在质量场与质心之间的不对称，那么这个物理系统就处于不稳定状态。不稳定的系统一定会向着稳定（对称）的方向调整。也就是说，地球和月球的质心就会向着二者的共同质心移动。这个过程从外观上看就是“自由落体运动”。自由落体运动的加速度是由质量场的密度决定的：g=G_mD（G_m是一个常数）。也就是说，月球与地球之间存在的关系是因为物质属性的不对称导致的月球落向地球和地球落向月球的关系，而不是二者之间相互受力的关系。

6、如果地球与月球之间没有引力作用的话，为什么月球不会掉下来，也不会飞走？估计大多数读者会提出这个问题。众所周知，如果月球不围绕地球运动的话，它是必定会掉下来的。正是因为月球在围绕地球做圆周运动，而这个运动刚好使月球抵消了它落向地球的那个“自由落体加速度”。因此，而达成了动态的平衡。所以，月球既不掉下来，也不飞走。在月球与地球之间，是“运动”导致的动态平衡状态维持着它们之间的稳定关系。显然，维持这种动态稳定关系的并不是“力”，而是“运动”。“力”只有在维持物质静态稳定的关系中才起作用。“运动”是维持“动态稳定”的原因。所以，在天体与天体之间的万有引力现象中，维持它们之间稳定状态的原因不是力，而是运动。因此，在天体与天体之间根本就不存在“万有引力”。因为牛顿对场一无所知，因此他所提到的“超距作用”显然是指质点（实体）之间的相互作用，而不是场之间的相互作用。因此，他无法理解地球与月球之间是怎样互相影响对方的。一旦了解到物质同时具有“实体”和“场”这两个基本属性，就不难理解物质之间存在着两种不同的相互作用。一种是实体与实体之间的相互作用，另一种是场与场之间的相互作用。这两种相互作用都属于物质之间的相互作用。但因为包括牛顿在内的很多人只知道物质的实体属性，而不知道物质的场属性，因此就很难理解物质的场与场之间的相互作用。场与场之间的相互作用不是以力的形式表现出来的，而是以改变物质实体的运动状态的形式表现出来的，具体来说，就是以物质运动加速度的形式表现出来的。

两个物体的场与场之间的相互作用最终会反映在实体的行为上。从实体上观察到的就是物体速度的改变。速度的改变就意味着加速度的出现。因为在数学上，力与加速度存在着一个固定的关系，那就是F=ma或a=F/m。 从物理过程上讲，F=ma和a=F/m表示的是两个不同的因果关系。F=ma指的是：一个质量为m的物体以a这么大的加速度运动就会产生出F这么大的力。a=F/m指的是：一个质量为m的物体受到F这么大的外力作用就会产生出a这么大的加速度。然而，这样用作用力来解释F=ma让人感到有些别扭。但是，如果把F=ma换成F=mg，就很好理解了。

显然，力与加速度之间存在两个不同的因果关系。1）力是改变物体运动状态的原因（a=F/m），2）力是物体运动状态改变的结果（F=mg）。这两个是完全相反的物理过程。但在数学关系上却是完全一样的。也就是说，单纯从数学公式上看不出其中的物理过程和因果关系是什么。正是这个原因，人们就很容易用一个正确的计算结果去描述一个错误的物理过程。

牛顿万有引力定律就是一个典型的例子。牛顿引力公式的计算结果是正确的，但是，万有引力定律的文字解释却是错误的。实际上，从那个公式中计算出来的那个力是从物体运动状态的改变过程中产生出来的，而不是导致物体运动状态改变的力。遗憾的是，自从牛顿万有引力定律建立以来，几乎所有相信这个定律的人都认为，万有引力是物体之间相互吸引物体的一个作用力，是一个改变物体运动状态的外力。却没有人从相反的因果关系上分析过万有引力。

牛顿的三大运动定律是围绕a=F/m的理论，而不是围绕F=mg的理论。因为在a=F/m与F=mg中的力是两个因果关系完全不同的力，因此，万有引力理论是无法与三大运动定律合并到一起的。出自这同样的原因，我们也不能用三大运动定律去分析和解释万有引力现象。如果用三大运动定律去解释万有引力现象，就会得出很多无法理解的结果，其中就包括了无法理解的“超距作用”。

从以上分析可知，在万有引力现象中根本就不存在真实的万有引力，也不存在任何其他的力。既然没有力存在，当然超距作用也就无从谈起了。在万有引力现象中真实存在的是自由落体加速度。这个加速度是从物质的基本属性的不对称中产生出来，由质量场密度决定的。天体与天体之间的稳定状态是通过物体的运动实现的。月球围绕地球的圆周运动刚好平衡了月球向着地球方向的自由落体加速度。因此，月球既不会掉下来也不会飞走。天体之间的平衡是动态平衡。维持动态平衡的原因是“运动”，而不是“力”。“力”只在维持静态平衡中起作用。因为物质不但具有实体的属性，而且还具有场的属性，因此，物质之间的相互作用既有实体与实体之间的相互作用，也有场与场之间的相互作用。万有引力现象是场与场之间相互作用的结果。牛顿三大运动定律是描述物质实体的运动和力学关系的定律，因此不适用于由场的物理作用所导致的物理现象（包括万有引力现象）。