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进化的力学
作者：董银立
前 言
..追求真理可以是任何人的欲望，但它应该是职业学术人士的义务。喜欢物理的朋友，有那位不希望物理学是天下最美的真理呢？但事与愿违。面对物理学中的深层次的一些矛盾，我们不应忌讳它。经典物理学中存在矛盾，这已是不争的事实，也正因此它才招来了包括爱因斯坦、马赫、彭加勒等众多科学家的批评。但他们批评过了并不等于我们就无权再批评了，因为这些批评者中唯一所谓的成功者—爱因斯坦创立的相对论所招来的批评并不比经典物理的少。
..本书将用最通俗的语言表达出伽利略相对性原理、牛顿运动定律、麦克斯伟电磁理论及狭义相对论中的重大错误，并将用最完美的理论解决这些困难，希望能与公众分享物理学的美妙，但愿该书不会被列为禁书，但愿我们不会因此而蒙上罪名。
第一章 经典力学在宇观的推广
..第一节 经典力学的错误
..正如大多数力学著作所说的那样，牛顿力学的最大缺点在于它没有说明“运动”（速度）、“运动的改变”（加速度）是相对那一个参照物的。牛顿当然知道力学所面临的这个困难，因此牛顿不得不引入一个第三者—“绝对空间”。牛顿认为绝对空间是绝对静止的，他所研究的运动就是相对该绝对静止系的“绝对运动”，即牛顿加速度a 的值（F/m）是相对该绝对静止系的，或者说是相对于经典力学所谓的“惯性系”的，（即经典力学进一步把牛顿的观点明确为：绝对空间以及相对于绝对空间匀速直线运动的参照系就是惯性系）由此而引出来的困难太多了。
..第一个困难 即牛顿力学中的逻辑循环问题，如果问牛顿运动定律在什么参照系中成立，回答是惯性系中成立；再问什么是惯性系，回答是牛顿运动定律成立的参照系就是惯性系。形成了逻辑循环（爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》中对这里存在的矛盾作过详尽的分析）。也就是说惯性系我们还没有找到，事实上惯性系根本就不存在。因为我们根本不能在宇宙中找到一个不受外力或所受合力为零的物质，而只有该物质才是经典物理所说的惯性参照物（系），牛顿假想的“绝对空间”并非真正的物质，它只是一种精神产物，不能用来当作参照物。而且没有一种实验能证明“绝对空间”的存在，即任何企图证明地球相对绝对空间绝对运动的实验都以失败告终了。
..牛顿为绝对空间的存在提出了一个判据，即“牛顿水桶实验”，牛顿认为旋转的水面是凹的，是因为旋转的水是在相对绝对空间做加速运动，即水相对绝对空间或惯性系具有向心加速度，因此水面是凹的，而只水桶旋转时水面是平的，是因为这时水虽然相对桶皮做加速运动，但水相对于绝对空间或惯性系的加速度是零。
..首先对“牛顿水桶实验”提出批评的马赫，马赫认为水面呈现凹面是水相对于地球及无数遥远天体旋转的结果。我们认为牛顿及马赫的解释都不正确，正确的解释为，水只要相对地球（更准确的说是相对地球重力场）旋转时，水面就呈现凹面。解释如下：
..我们可把“牛顿水桶实验”简化为加速运动的水杯中的水的水面将不再水平，而变的一边高一边低。我们的解释是，水杯只要相对地面或地球重力场做加速运动，水面将一边高一边低，即如果我们在四周有刻度的水杯中加入水，我们把该水杯固定在地面上或地球重力场中，那么水面四周所对应的刻度将永世不会改变，虽然我们知道地球本身也在做加速运动，而且6点钟时地球的加速度向东，大小为0.006米/秒平方(相对太阳)，18点钟时的加速度向西,大小为0.006米/秒平方(相对太阳)，“0.006”这个数字相对于具有高超实验水平、精确测量工具的人类来说，是一个非常巨大的数字，但是无论何时何地该水杯中的水将纹丝不动，即使太阳的质量突然增大一亿倍，地球或水杯的加速度也突然增大一亿倍，但该水杯中的水仍将纹丝不动。
再如：我们装在导弹或汽车上的惯性导航系统可以精确（其精度要比地球相对于太阳的加速度小的多）地记录下导弹或汽车每时每刻的加速度，但我们装在地球上的该系统却永世不能测出地球相对于其他天体的加速度。
..这些现象一点也不奇怪，原因也十分简单，即实物的引力质量等于其惯性质量。即头发相对于太阳的加速度完全是由太阳对头发的引力提供的，而非头皮对头发的拉力。也就是说地球是一个绝对精确的惯性系（这在经典力学看来是大错特错）。
..由此可见，旋转的水面呈现凹面只能证明地球的存在；自转的地球变扁只能证明太阳的存在。它们都不能证明绝对空间的存在。
..第二个困难 即近代光学实验和电磁实验与伽利略相对性原理的矛盾。该矛盾也是由“绝对空间”、“绝对运动”等概念导致的，正是这种矛盾导致了相对论的出现。
..狭义相对论企图通过否定经典时空观来否定绝对运动，但是，狭义相对论并没有确立运动的完全相对性，因为惯性系在狭义相对论中仍然具有象在牛顿力学中一样的特殊优越地位，加速度也仍然具有绝对性，和牛顿水桶实验类似，在狭义相对论中也有双生子佯谬这样的判别性实验，通过比较重新会合的双生子哪一个比较年轻，就可以确定谁经历了加速运动。而只要运动的绝对性仍然部分存在，就不能说已完全否定了绝对空间。狭义相对论仅仅“前进”到这一步却付出了否定时间和长度的定义如此大的代价。
..我们认为，时间、长度的定义是物理学的基本假设，即假设时间是均匀流逝的，不随参照系的不同而改变，物体的长度是客观的，不随我们所选择的参照系的改变而改变，没有这两个主观假设就没有速度的定义，更不会出现物理学，正如在数学中我们主观规定了每一个自然数与下一个自然数之间的间隔是相等的一样，我们无权通过否定这些基本假设来为一些难题寻找答案。
..事实上，人类在定义时间时根本不知道光是什么东西，也不知道光的速度是多少，在时间未有定义之前，我们根本无法测量光速；事实上，光作为一种时钟读数的信息载体并非时间本身，它与时间毫无关系，它就象电影胶片一样，我们看到了60年代的记实片不等于我们就回到了60年代。
..假设并不可怕，因为只有人类才需要假设，可怕的是我们不承认我们使用了假设或不知道我们使用了假设（事实上，经典力学中还隐藏着第三条假设，即空间是不存在引力场的绝对真空。）。我们是通过否定绝对合外力来解决这个困难的，内容如下：
第二节 力学的进化
..我们认为新的运动定律应为；a=F/m，它与牛顿运动定律在数学形式上是相同的，但我们规定：
..第一、所研究物体受的合外力F是不考虑除了该物体所在星球对它的万有引力（即重力）之外所有其他星球对它的万有引力的，即该合外力F是相对于所在的星球这个参照系的。
..第二、所研究物体的加速度是相对于所在的星球的而非相对于所谓的绝对空间的。
..第三、新运动定律成立的参照系为新惯性系。
..牛顿运动定律的错误就在于他没有考虑其他星球对他所研究的物体的万有引力，却认为该物体的加速度不是相对地球的，而是相对于所谓的绝对空间或经典惯性系的。
牛顿没有考虑其他星球万有引力的证据如下：
..1、牛顿运动定律从来没有提到过太阳引力的影响；
..2、经典力学受力分析时除了考虑重力外，根本不考虑其他万有引力；
..3、牛顿是先发现三大运动定律，十多年后才发现万有引力的，即牛顿在研究运动定律时，根本不知道到太阳对他所研究的物体存在引力作用，更不知道该引力的大小是多少（当时也不知道重力就是万有引力产生的）。
..事实上，在人们知道宇宙中共有多少个天体，以及它们的质量、离地球的距离之前，我们根本无法知道我们所研究的物体受到的绝对合外力，既然不存在绝对合外力，又怎能存在绝对加速度（即经典物理所谓的相对于绝对空间或惯性系的加速度）呢？
..我们的教科书教导我们说，“在对物体进行受力分析时，不能漏掉物体所受到的实际存在的力，也不能凭空想象出实际不存在的力。”但事实上，这两点经典物理一个也没有做到，首先牛顿运动定律没有考虑物体所实际受到的太阳以及其他星球的万有引力；其次牛顿运动定律在研究物体运动时考虑到了重力，然而重力是万有引力与地球自转离心力的合力，而离心力是惯性力，经典物理认为惯性力是一种假象力，是一种“虚力”，可见，重力（实力与虚力的合力）是凭空形象出来的。
由于经典物理没有考虑其他星球的引力，事实上就是引入了第三条假设，即空间是不存在引力场的绝对真空，所以我们根本不必考虑地球相对太阳的公转；由于我们受力分析时使用的是的是重力，而重力并非真正的万有引力，它是万有引力与惯性力的合力，所以我们根本不用考虑地球相对太阳的自转，就可以大声宣布，地球是一个绝对精确的惯性系，但我们必须承认这是建立在第三个假设之上的。
..从以上观点我们可以得出以下三个相对性原理：
..第一个相对性原理（实质上就是伽利略相对性原理）是宏观方面的，即在相对地球或地球重力场静止或匀速运动的参照系（即新惯性系）中，运动定律都有相同的数学形式：a=F/m 。
第二个相对性原理是宇观方面的！即在任何一个星球上，运动定律都具有相同的数学形式：a=F/m 。即任何一个星球都是一个绝对精确的惯性系，而于该星球的运动状态无关。
..第三个相对性原理，任何星球上的光电实验都有相同的结果，任何星球上都有相同的光速。而与该星球的运动无关。
..第一个相对性原理即伽利略相对性原理是直接建立在第三个假设（空间是不存在引力场的绝对真空）之上的，因此它只适用于宏观方面，但由于经典物理无视第三个假设的存在，而在宇观方面推广，最终导致了一系列尖锐的矛盾。举一个简单的例子，我们就能认识到该相对性原理的局限性，例如，我们假想宇宙中有一个甲星球，它的质量、体积与地球相同（这主要是为了排除由于星球表面重力加速度的不同而造成的不同感觉），但由于空间存在引力场，我们假想甲星球相对地球的加速度为100米/秒平方，在甲星球和地球的水平面上分别停放着一辆火车，我们分别到这两个火车上做实验却发现：在这两个火车上运动定律a=F/m 都绝对精确的成立，任何力学实验都具有相同的结果，我们根本无法区分我们是在地球上还是在甲星球上。要知道，如果人坐在加速度为100米/秒平方的飞机中时，他将感觉非常痛苦，而且有骨折的危险。这个实验就足以把该相对性原理限制在宏观领域，因为在伽利略相对性原理看来，我们不能区分的仅仅是静止与匀速运动，但事实上我们甚至连加速运动与匀速运动也无法区别，如本例。
..第二个相对性原理在经典力学看来是错误的，但实验证实它是正确的。我们认为第二个相对性原理的意义是，它指出了一切运动都是相对的，描述物体运动状态的物理量：速度、加速度都是相对的，物体受的合外力也是相对的。请注意，我们之所以说这里的加速度是相对的（虽然它仍是相对新惯性系的），是因为新惯性系本身就是相对的，即任何一个星球，虽然它门之间相互做加速运动，但是它门都是新惯性系。我们发展了力学，但我们却没有抛弃惯性系，这是因为只有在惯性系中运动定律才具有最美好的形式：a=F/m ，让我们听听马赫的教诲吧，“现在我们可以用两种方法来解决这一困难，或者一切运动都是绝对的，或者惯性定律表达的不正确。我定愿采取第二种方法。必须这样来构思惯性定律，使得由第二个假设能够得出与第一个假设相同的结果。由此，虽然在惯性定律的表达式中必须注意到宇宙的众多物质。”我们想这“相同的结果”可能就是相同的数学形式吧！其实任何企图把惯性系从力学中驱逐出去的努力都以失败告终了，虽然爱因斯坦和英费而德在《物理学的进化》中言，“我们可以把绝对运动和惯性坐标系的鬼魂从物理学中赶出去，而建立一个新的相对论物理学。”然而在以否定时间、长度定义为代价的狭义相对论中，惯性系却仍然具有像在牛顿力学中一样的特殊优越地位。广义相对论又如何呢？在王福山主编的《近代物理学史研究》中言，“爱因斯坦最初受‘马赫原理’的启发，要求承认加速度也是相对的，而提出广义相对论，但根据目前对广义相对论的理解，它也不是关于非惯性系的一般理论，而是在引力情况下惯性系的局域化理论，所谓‘等效原理’也只是一个局部定律，而不是整体定律。”可见想把惯性系从力学中驱逐出去是不可能的，我们只有找到了惯性系，才能找到出路。
..第二个相对性原理使得力学不必再依赖绝对空间的存在而自成体系了，我们必须认识到牛顿是情不自禁地把绝对空间引入到力学中的，而绝对空间、经典惯性系等概念一直是包括爱因斯坦、马赫、彭加勒等在内的所有批评者进攻的对象。留着辫子让别人抓，不如我们主动把它砍掉。
..第三个相对性原理可能比第二个相对性原理较难被人们接受，事实上既然第二个相对性原理否定了绝对空间及绝对运动存在之后，那么光速就不可能是相对绝对空间的了。因此我们就不必为地球上的光速各向同性而感到惊奇或可怕了。在经典力学看来，所有匀速运动的参照系都是惯性系，但在这无数多的惯性系中有一个“母惯性系”，它就是绝对空间，于是在经典力学中，绝对空间就理所当然地成了加速度以及光速的参照物，但遗憾的是这与实验不符。在我们的理论中，新惯性系的“母惯性系”当然只能是星球的重力场，因此也就只有重力场才能成为加速度以及光速的参照物，所不同的是，这里的“母惯性系”有无数多个，而经典力学中的“母惯性系”只有一个。可见空间充满了引力场，绝对真空是不存在的，而引力场正是光速的参照物以及光波的媒质。也正是人们没有认识到第三条假设的存在，才致使后人又象牛顿引入绝对空间一样也不得不再向经典力学中引入“以太”。人们主观上给以太想象出来的一些奇怪的特征不正好是引力场所客观存在的特征吗？空间充满了引力场，而属于星球的那部分引力场是随星球一起运动的，不正好是菲涅尔的部分以太曳引假说吗？因此每个星球表面上都应有相同的光速。
..第三个相对性原理可以解释一切经典物理难以解释的近代光学现象，却不改变时间、长度定义，而且可以解释狭义相对论不能解释的光波多普拉现象。该相对性原理与狭义相对论中的光速不变原理是不同的，因为第三个相对性原理与第一个相对性原理（伽利略相对性原理）是相容的，因为一个是宇观的，一个是宏观的，即我们认为地球上的光速是C，相对于地球以速度V运动的别的星球上的光速也是C，但相于地面以速度V飞行的飞机上测量光速是C+V，这是有实验事实支持的，即多普拉雷达原理，对于同一束雷达波，飞机静止时与飞行时飞行员所测的频率不同，而军事专家可以直接使用伽利略变换就可以正确计算出飞机相对地球的速度，他们根本不必学习罗伦兹变换。而光速不变原理与与伽利略相对性原理是矛盾的。我们先不考虑这些问题，也不考虑其否定时间、长度定义的做法对与否，也不考虑其中是否存在逻辑循环。我们先仅把争论集中在如下问题上：我们是应该把伽利略相对性原理限制在宏观领域呢，还是应该限制在低速领域呢？考虑到如果把它限制在低速领域的话，就将产生一个不可超越的极限速度的困难：我们认为宇宙是无限的，宇宙的质量也是无限的，而在如此一个宇宙中却存在一个极限速度是不可思议的，并且该极限速度仅为地球相对太阳速度的一万倍；考虑到我们是在考虑到一个重要线索的基础上得出结论的，该重要线索是：实物的引力质量与惯性质量相等，而狭义相对论却与该线索是矛盾的，如李醒明在《激动人心的年代》中言：“爱因斯坦是在建立狭义相对论后就试图着手建立引力的相对性原理。爱因斯坦起初想在狭义相对论的框架内构造引力理论，但存在一个难以克服的困难：根据狭义相对论中的质能关系式，物理体系的惯性质量随其总能量的增加而增加，但是根据1890年厄缶实验，物体的引力质量却与它的惯性质量相等，这显然与日常经验和该结论前提相矛盾。”；考虑到我们是应该否定绝对合外力呢还是应改变时间、长度的定义呢？绝对合外力是不存在的，至少我们无法知道任何一个物质受到的绝对合外力已是不争的事实，而时间、长度定义是人类主观规定的最基本的假设，我们无法判断它的对与错；考虑到我们似乎根本付不起这个代价，如在《普通物理学》中言“牛顿运动方程，他自己给出的形式为f=d(mv)/dt，通过简单的数学变形得f=ma,
..以后我们在讲到相对论时，知道物体的速度接近光的速度时，物体的质量将显著的改变，这时方程f=ma不再成立，但实验指出，方程f=d(mv)/dt仍然有效。”这意味着什么呢？意味着如果我们承认狭义相对论的话，就必须否定我们的整个数学体系！我们应该作出判断了吧！
第二章 经典力学在微观方面的推广
《电动力学》中言：“为什么用显然错误（不考虑‘辐射阻尼力’）的方法算得的结果会跟实验很好地符合呢？”《电动力学》认为正确的方法应是这样的：“电子作加速运动时激发电磁场，向外辐射能量和动量，这种辐射场的反作用称为辐射阻尼力F阻，所以一个受外力F外作用的质量为m的带电粒子，就按牛顿运动方程而运动：ma=F外—F阻 ，但其荒谬的结论表明《电动力学》的局限性。”
..我们认为，牛顿在创建经典力学时，可能不知道人们将来会发现另一种物质—电磁场，牛顿也没有说过他的运动定律适用于运动的电磁场，所以上述困难并非牛顿惹的祸，我们不应把所有责任都推到牛顿身上。
我们认为牛顿运动定律a=F/m只适用于实物质，而电磁场是一种与实物质有本质区别的物质，如彭加勒在《科学与假设》（李醒民译）中言：“故微粒—即所谓电子—当有两种惯性：力学的惯性和电磁的惯性。Abraham先生和Kaufmann先生，一位是计算家，一位是实验家，曾协力做这两种惯性的研究。因此他们不得不承认一种假设；当速度变更时，真正的质量，即力学的质量不变，这可以说原是它的定义；但有助于表观质量的电磁惯性，则随其速度按某定律而增加，研究结果真是可惊：真正的质量等于零。”我们应从中受到启发，牛顿运动定律a=F/m是只适用于“力学的惯性”呢，还是既适用于“力学的惯性”也适用于“电磁的惯性”呢？其实前辈们的尝试已经给我们提供了宝贵的经验，即如果对这两种惯性一视同仁的话，我们将得出一些不可思议结论或假设，如：物质的质量随我们主观选择的参照系的不同而改变；长度随我们主观选择的参照系的不同而改变；甚至还得假设“在被匀速平移所激励的世界中，力不管它们的来源如何，是重力还是弹性力，都按照某一比率减少；或者更精确地说，对于垂直于平移的分力而言才会发生这种情况；平行于平移的分力不会变化（《科学的价值》彭加勒）。”
..可见，我们应该承认电磁场是与实物有本质区别的一种物质，场与实物的共同特征是它们都有惯性质量；场与实物的区别是：实物的惯性阻力本质上是万有引力，为什么呢？原因是实物的惯性质量与其引力质量相等：而电（磁）场的惯性阻力本质上是一种电（磁）场力，为什么呢？原因是电场的引力质量是零，电场不受万有引力作用，所以其惯性阻力不可能是万有引力而只可能是电场力。
我们的第一个证据是：有两个小球，一个带电，一个不带电，用天平测得它们受的万有引力相同，但用同一外力作用于这两个小球时发现，带电小球的加速度小于不带电小球的加速度，可见电场没有引力质量却有惯性质量；
..我们的第二个证据是彗星尾巴现象，历史上对彗尾的解释首先是光压说，但是近代物理学家发现光根本不具有如此威力，甚至光是否存在压力都受到了人们的怀疑，如彭加勒在《科学与方法》中言：“直接的实验验证是不容易得到的。首次努力导致了辐射计的建造。这个仪器发生了逆转，其方向与理论方向相反，自从它被发明以来，对它的旋转的解释是完全不同的。最后，一方面使真空装置更完善，另一方面不给叶片一面涂黑，直接使光线束照射在叶片一面上，终于取得了成功，辐射度的影响和其他扰动原因经过一系列的预防办法被消除了，人们得到十分微小的偏离，不过这看来好象是与理论符合的。”然而当前些日子媒体披露密立根油滴实验是一个骗局后，我们似乎更有理由怀疑这个实验了。
我们有权利欺骗自己，却无权利欺骗别人，因为我们不是教皇。
..军事专家的观点更支持我们，《军事学教程》中言：“激光武器的特点：不产生后坐力，是一种无惯性武器。”近代实验也发现原子核向外发射出能量极高的 Y 光子时并不做反冲运动（近代理论认为能量越大的光子其动量越大）。我们应该怀疑麦克斯伟所预言的光压了。后来又转用太阳风来解释彗尾，但目前的研究发现，地球外的宇宙射线是各向同性的，来源于太阳方向上是宇宙射线并不比其他方向上是多，而且宇宙射线来源于那里至今仍是个迷，后来人们发现宇宙射线中有一些“低能质子”的多少与太阳黑子活动存在某种联系，于是认为“低能质子”就是太阳风，但仍然存在两个困难，一是“低能质子”也是各向同性的，二是我们还不清楚是“低能质子”的变化引起太阳黑子活动呢还是太阳黑子活动引起“低能质子”的变化。
我们认为彗尾形成的原因很简单，它就是一个早已被人们公认的事实：彗尾是带电的。即彗尾的部分物质—电场—只有惯性质量而无引力质量，万有引力不能吸引这部分质量，因此整个彗尾相对于太阳的加速度是由太阳对彗尾的引力及彗核对彗尾的引力（彗尾的重力）两者的合力提供的。
..可见我们应把运动定律a=F/m进一步进化为a=F/m引，使得运动定律只适用于实物体而不适用于微观运动的电磁场。在微观，运动定律的形式为a=F/m惯，但我们必须规定这里的合外力F是不包括自感引起的反作用力的，因为该反作用力只是一个“电磁惯性阻力”，正如在经典力学中合外力是不包括惯性阻力一样，但由于我们不习惯把一种电场力（即电磁惯性阻力）当作一种虚力（正如对实物体来说我们不习惯把惯性力当作实力一样），我们将如此来表述电场（磁场）的运动定律：无论电（磁）场处于何种运动状态，它受到的合力都是零。该运动定律可以解释关于电子的一切运动。我们先表述一下电子的特征：《电磁学》和《电动力学》都认为电子（不同于质子）只有电磁质量而没有机械质量，即电子的质量完全来自周围电场的能量。我们认为“电磁质量”和“机械质量”的提法不太合理，应表述为电子只有惯性质量而无引力质量。
电子的第一种运动状态：即导线中的恒定电流，电子在该运动状态下受的合力为零（电场力与电阻阻力的合力）。
..电子的第二种运动状态：既在不考虑电阻的纯电感电路中，在该运动状态下，电子受的合力为零（因为自感产生的反电动势正好和外电动势大小相等方向相反）。
电子的第三种运动状态：即在电磁波发射塔中的电子（将在第三章中解释），电子受的合力为零。
电子的第四种运动状态：即在真空中电磁场作用下运动的状态，电子受的合力为零。因为该运动状态其实与上述第二种运动状态是相同的，因为：第一，反电动势的产生只与加速运动的电场（电子）有关，而与导线是否存在无关；第二，电阻为零的纯电感电路与真空对电子的作用效果是相同的，即两种物理模型在本质上是相同的。
未完待续
作者：董银立
工作单位：安阳方正会计师事务所有限公司
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