物理学是一门缺乏严谨性的学科

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis 2021年1月13日）

很多人都认为物理学是所有自然科学中最严谨的学科。我以前也是这样认为的。这是因为物理学中的所有一切几乎都依靠数学来作出描述。而数学是最严谨的。可是，经过长期接触物理学之后，我发现物理学实际上是一个非常缺乏严谨性的学科。物理学缺乏严谨性当然不是表现在数学运算上，而是表现在使用数学之前的步骤上。

举例来说，物理学的概念很不严谨。牛顿有牛顿的时间和空间，爱因斯坦有爱因斯坦的时间和空间。作为物理学概念没有一个严格的统一的时间和空间概念。物理学中的场也是如此。甚至场和空间的概念在物理学中经常被混用。更有甚者，质量和重量也经常混用。在爱因斯坦的等效原理中就把质量和重量当成同一回事。如果物理学的概念严谨的话，这些事情是不可能发生的。

除了在物理概念上不够严谨之外，在物理定律上也不严谨。例如，伽利略建立的一个叫做自由落体定律的物理学定律。但看不到严谨描述这个定律的具体解释或定义。相比自由落体定律，牛顿的万有引力定律比较成型。具有一个描述牛顿万有引力定律的具体叙述形式。至少可以用“在任意两个物体之间的连心线上都存在一个相互吸引的万有引力。这个引力的大小与这两个物体之间距离的平方成反比，与这两个物体的质量的乘积成正比。”来叙述牛顿的万有引力定律。看上去，这个定律似乎没什么问题。但实际上，牛顿的万有引力定律也是一个不严谨的定律。其中有一个被忽视了三百多年的关键性因素没有写进这个定律中。那就是：静止或相对静止这个因素。从牛顿的万有引力理论以及牛顿引力的计算公式等所有相关方面考虑，实际上牛顿万有引力定律描述的是一个静止状态下的万有引力关系。也就是说，牛顿的万有引力定律所描述的是在两个物体同时都处于静止状态，或它们之间处于相对静止状态的时候的万有引力与质量和距离之间的定量关系。这就是为什么在引力公式中没有与运动相关元素的原因。这一点被所有的物理学家都忽视了。这是做学问不严谨的表现。

定律描述的都是本质性的规律。而不是表面现象的规律。例如，自由落体定律描述的是在没有空气和没有任何影响因素的（理想）情况下物体自由下落的自然规律。同样道理，万有引力定律描述的也应该是在没有运动和没有任何影响因素的（理想）情况下的引力关系。在自由落体运动中，如果有空气的话，那就不是本质现象，而是表面现象了。同样，在万有引力现象中，如果两个物体之间存在相对运动的话，那就不是本质现象，而是表面现象了。对表面现象中的规律作出的描述是不严谨的。甚至是错的。亚里士多德对表面现象的规律作出的描述是物体越重下落速度越快。在万有引力现象中，水星近日点进动现象也是一个表面现象。现代物理学家用这个现象否定牛顿万有引力公式的正确性，实际上就是用表面现象的自然规律来否定牛顿万有引力所描述的本质性的自然规律。这种做法当也是错的。出现这种错误的一个原因就是因为牛顿的万有引力定律太不严谨了。

为了避免这类错误出现，我认为应该对牛顿的万有引力定律作出一个严谨的定义。把静止条件加入到这个定律中。修改后的牛顿引力定律应是这样的：

在任意两个物体之间的连心线上都存在一个相互吸引的万有引力。在理想条件下（即在这两个物体处于静止或相对静止并且没有任何其他影响因素存在的情况下）它们之间引力的大小与这两个物体之间距离的平方成反比，与这两个物体的质量的乘积成正比。

这样的定律才是严谨的。

就像伽利略的自由落体定律在空气中不准确的道理一样，牛顿万有引力定律在水星这种运动状态下出现不准确的现象是非常正常的。把对水星近日点的观测结果与牛顿引力公式计算结果不一致说成是牛顿引力公式的错，完全是冤枉了牛顿的引力公式。只有对牛顿万有引力定律作出严谨的定义才能避免出现这种被冤枉的事情。

所以说，牛顿的万有引力公式实际上没有任何问题。用牛顿引力公式计算出来的结果与实际观测结果不一致的原因完全是因为实际观测结果不是单纯的万有引力产生出来的。里面掺杂了来自天体运动而产生出来的影响因素。属于表面现象。用表面现象的数据去判断一个科学定律的做法是违背科学基本原则的。用空气中观测到的落体运动数据去看伽利略的自由落体定律也是不准确的。

牛顿万有引力定律被冤枉虽然对牛顿万有引力定律来说很不公平，但也有一部分原因是自作自受。谁叫牛顿和所有的经典物理学家都没有对这个定律作出严谨的定义呢！就是因为缺乏严谨性才会被冤枉的。现在我把它严谨地定义了出来。以后就再也不会被冤枉了。

所有的物理学定律都必须是对本质性自然规律的描述。而本质性的自然规律一定都是在理想环境下的规律。理想环境就是没有任何影响因素的环境。即使在现实的世界中无法制造出理想环境，作为物理学理论，在建立物理学定律的时候也必须依靠抽象思维的方法把所有的影响因素都消除掉。建立一个抽象的理想环境。在理想环境下建立物理学定律和理论。这是没办法的。就像世界上没办法提炼出100%纯度的金子，但理想条件下的金子就是用Au表示的那个纯金属。不能因为现实世界里没有这个纯金属Au就否定金子的真实存在。不能因为这个宇宙中没有绝对静止不动的物体就否定静止状态的存在。

物理学还有很多不严谨的地方。量子力学甚至用概率建立理论。这是非常不妥的做法。概率从来都不是本质性的东西。所有的概率都是表面现象。用从表面现象上收集到的数据建立科学理论，最后建立的理论都像亚里士多德的落体理论一样。物体越重下落速度越快。所以说，概率根本就不具备学科理论价值。用概率建立科学理论的方法也太不严谨了。用科学方法建立的理论必须都是百分之百确定的。不存在概率的问题。例如，自由落体定律中描述的物理现象必定是100%一致的。万有引力定律也是如此。所有正确的科学理论都是如此。

物理学在科学验证上也很不严谨。爱因斯坦的广义相对论是一个对科学影响程度非常大的理论。却没有任何一个严谨的实验观测数据可以证明爱因斯坦的广义相对论是正确的。现在能证明爱因斯坦广义相对论正确的证据只有五个。而这五个证据没有一个是无懈可击的。全部都是牵强附会的证据。就算这些证据是可信的，数量也太少了。这种做法就像盲人从一个大象身体上摸出三、五个部位的特征后就下结论说大象长什么样的做法一样。摸到的特征都是事实，但从摸到的结果上得出的结论却是错的。物理学家就是用这种方法对爱因斯坦的理论进行验证的。实在是不够严谨。这样验证得出的结论都是不可靠的。所以，爱因斯坦理论的正确性仍然值得怀疑。

总之，物理学是一个非常不严谨的学科。除了数学以外处处都表现出不严谨。物理学的不严谨一直被数学的严谨面纱所遮盖着。但是，无论数学多么地严谨，对不符合科学基本原则的表面现象作出的严谨数学计算得出的结果从数学上来说是严谨的，但从科学上来说还是不严谨的。这也恰恰就是物理学不严谨的常见做法。我认为物理学必须要进行一次彻底的改革甚至革命。

人们经常把一种人说成是“被人家给卖了还帮人家数钱”的人。这种人只追求严谨的数字，却忽略了本质性的问题。我觉着物理学科也有点这种意思。物理学家只管着算出精确的数字，却忽视了概念、前提以及本质和方法是否正确等等更重要的问题。