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慣性力學與整體科學體系

2023年09月01日

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古代人無法理解地球下面的人為什麼不會掉下去,此困惑是由於以自己為參考系而產生的。今天的人們無法理解自由落體運動及天體的公轉運動也是慣性運動,此困惑是由於以牛頓慣性為「參考系」而產生的。慣性的實質就是:物體通過某種運動狀態來保持或主動改變某種運動狀態來達到其內部的熵狀態的一種屬性。整體科學體系是研究自然整體的整體性質與功能、有序內部結構及其起源與演化過程的科學理論系統。



本文主要是對我的前兩文[1]與[2]的進一步說明。需要讀者結合我的前兩文來讀此文。由於[1]文中用引力一詞,需用[2]文與此文重新理解之。本文的例題可以增強對我觀點的理解,同時也體現了由於其進化性而帶來的在習題解法上的取代性、新穎性、思路明晰性及簡捷性。我的觀點核心是「廣義慣性與整體天體」,對這兩個方面的理解的最大障礙就是我們已經習慣了的牛頓力學的思維方式。只知道用所學到的「知識」去思考世界,而不反省作為思維的基本要素——概念及各種概念、命題、觀念之間的邏輯關係的內在合理性問題,這是科學理論研究之大忌。如果現有的概念、命題與觀念不能表達新的內容,就需要改變它們,或重新建立。



一、慣性力學



嚴格說來:牛頓第三定律應該是力學「體系"定律,是在各種作用方式力以及各種屬性力之間建立關係的定律;去掉牛頓第三定律後的廣義力學核心四定律(見[2]文),應該稱為「慣性力學」核心三定律(以下簡稱「慣三律」)。「廣義」是相對牛頓力學及牛頓慣性而言的。之所以還保留「廣義慣性」一詞,也是因為只有慣三律被大多數人接受後,才會完成它的歷史使命,再改變為「慣性」一詞。牛頓第一第二定律(以下簡稱牛二律)是慣三律的物體外部空間在ρ均勻空間情況下的定律,是其推論,不再是慣性力學的核心公設性質的命題



(一)廣義慣性使牛頓力學進化



愛因斯坦獨具慧眼,從司空見慣的現象中及自由落體運動與質量因素無關的經驗事實,總結出了等效原理,且明確與準確地說:物體的同一性質按照不同的處境或表現為「慣性」,或表現為「重性」([3]第55頁)。這個同一性就是廣義慣性,這個處境就是空間。牛頓第二定律實質是其第一定律涵義的數學表達式。所以,廣義慣性的發現,其革命意義是指動搖了牛頓第一定律的核心地位。廣義慣性包含了牛頓慣性,所以,又是其進化。同時,也說明了需要建立一個取代牛二律的進化性質的核心命題系統的新力學理論。廣義慣性又引出了兩種空間及其區別的新問題。這個新問題困擾了愛因斯坦的一生,走了一大圈「彎」路後,在他晚年時,才看到了解決這個問題的曙光——物體具有空間的廣延性([3]第十五版說明),由此「廣延性」再往前走一步,就是[2]文說



*男,1949年生,1983年畢業於東北師大數學系,長春市吉林工學院家屬宿舍14號樓43號(130012)



的ρ空間及其區別的標誌是其梯度值的有否。這說明還需要一個新的涉及空間的基本概念及與其相對應的原來等效原理所沒有涉及到的新的經驗事實:物體質量部分的壓強梯度現象(註:在固態的具體物體內部,此「壓強梯度」表現為「脅強」),也就是愛因斯坦的物體的空間廣延性的具體體現。同時也引出了物體的非剛性及其具有內部空間結構的抽象性質([4]第六章)。於是,「萬事俱備」,只欠建立一個新的核心命題系統了。可以說,慣三律就是這個系統。廣義慣性是由於把「重性」也歸於同牛頓慣性一樣的物體屬性,所以,其革命意義也主要體現在「重力」方面。「引力」是對重力本質的錯誤認識。廣義慣性與場概念把原來引力中的兩個平權的物體分離開來:一個是僅表現廣義慣性的一般(非整體)物體;另一個是具有產生重力場的特殊性的中心物體。一般物體與中心物體之間已經沒有「力」的關係了。但通過重力場(原來引力場與自轉慣性離心力合成的重力場涵義需要改變)有「能」的關係(見此文的「ρ空間與能」一節)。到此為止,廣義慣性已經完成了其邏輯任務,即取消了引力及導出了中心物體的特殊性(當然也具有廣義慣性的一般性)。這個特殊性的中心物體就是整體天體。於是,廣義慣性與整體天體就構成了理論的內部邏輯性(也就是「自圓其說」)。廣義慣性取消了慣性質量與引力質量的區別。當然,更沒有質量的第三個屬性——產生引力場。說重力場是特殊的ρ空間,也有其對應的經驗事實,即具有重力場的質量部分的天體,一般都具有密度及壓強(也有溫度及磁場因素)與中心距離近似反比分布(中聚度)的現象。同時,其現象也表明了這個天體(中心物體)的特殊性。中聚度現象已經是整體性的一種體現。



(二)再看牛頓力學



為什麼人們迴避牛頓第二定律中的「力」(外力)的反作用力就是物體的慣性力的道理呢?就是因為把重力也當作外力(引力)時,物體本身沒有反作用力——慣性力(重力加速度與物體質量的大小無關),這正是牛頓力學理論內部的不能「自圓其說」的地方,這也正是愛因斯坦所注意的地方。為了迴避這矛盾性(無意識的),不得不讓其「外力」擔當「廣義」的力的重任。「力是物體加速運動的原因」這一沒有條件限制的觀念,是牛頓力學最主要的思維定勢。不管是相對的加速運動還是「絕對」的加速運動,人們都在頭腦中馬上反映出來要乘上物體的質量,使力成為其運動的原因。於是,其直接錯誤後果就是把非牛頓慣性系內或重力場內的物體「自由」或有阻力的「不自由」的加速運動,也當作有外力(不包括阻力)正在作用之。之所以把非牛頓慣性系中的外力慣性力叫做虛構力,是說明牛頓力學中還有第二個觀念:「力是物體對物體的直接作用」——這是作用方式力,但有的教材除了摩擦力外,把作用方式力幾乎都歸結於彈性力則是錯誤的。又從這第二個觀念來看其外力慣性力時,真的不存在另一個物體來表現之,只得權宜稱為虛構力。當把重力也當作外力時,發現確實有另一個物體(中心物體)與之對應,這可是「真實」的外力了。麻煩又出現了,這個引力是超距作用性質的力,從作用方式力的觀念角度來看時,又難理解了。為了讓引力回復到可理解的直接作用性,又引起了從牛頓時代起至今的許多人去虛構在兩個超距的物體之間飛來飛去的各種「微粒子」,以此物來擔當引力成為直接作用性的重任。引力本來也是虛構力,還要為這虛構的「東西」再虛構一些東西,麻煩可就大了。因為凡是具有質量的物體都具有廣義慣性,也可以說是「萬有」慣性。之所以慣性力學在力學體系中占有主要及重要的地位,而其他屬性(如彈性與磁性等)力學占次要地位,且以「慣性力」作為力的物理單位,也是由於其「萬有」的原因。但作為表現廣義慣性力的重力的空間(重力場)及場源物體(整體天體)可不「萬有」。這兩個角度分不開,還會認為重力(引力)「萬有」,這又會回到為什麼會超距作用的難理解的怪圈。廣義慣性使探索「引力作用機制」的研究方向成為毫無意義的方向,是徒勞無功的方向,因為引力本身是由牛二律的局限性而派生出來的虛構的力。



(三)再看廣義相對論

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