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物理学的物理大综合
[楼主] 作者:-叶波-  发表时间:2013/05/08 11:59
点击:14368次

物理学的物理大综合   叶波

绪论
很多书上和网上说,物理学总共可以归纳成五次大综合。大致如下:第一次物理学的大综合,诞生了牛顿的经典力学。第二次物理学的大综合,确立了能量转化和守恒定律。第三次物理学的大综合,由麦克斯韦统一了电磁场。第四次物理学理论大综合,是爱因斯坦的所谓相对论。第五次物理学理论大综合,则是量子力学的诞生。
但是,这五次大综合除了第二次大综合外,主要地都是数学上的综合,而不是物理上的综合。牛顿在他的《自然哲学之数学原理》一书中专门加了"数学"二字,另外他还告诉德勒姆(Dreham)说:"为了避免让那些在数学上知之甚少的人损害我的思想,我故意把《自然哲学之数学原理》写得深奥一些" 。麦克斯韦的电磁场理论又称为麦克斯韦方程组,更有甚者,麦克斯韦把由他建立的物理模型中推导出来的东西,最后竟然把物理模型实质全部去掉,只留下一个数学空壳。爱因斯坦的所谓相对论是从迈克尔逊-莫雷试验中推导出来的,迈克尔逊-莫雷试验的零结果用到一个数学假设,从而至使洛仑兹变换是错误的,狭义相对论也就全部错了。量子力学是建立在实验与数学上的科学, 比如紫外灾变、量子态塌缩现象、单光子试验、量子感应等等。因为微观世界不能直接看到,只能用数理统计的方法。
凡是物理概念,一定有一个物理模型,只有这个模型被我们把握了,这个概念的物理本质才能被我们所把握。就象一部机器一样,只有它的组成部分及其工作原理清清楚楚,才能准确地把握它。所以,我们首先必须解决物理概念的物理模型,然后分门别类地去研究这些概念。
在物理学的发展中,每一个新的发现都是对已有的成就进行综合研究的基础上取得的。而对物理学全面的、大规模的综合是创建完整的理论体系、划时代的、里程碑式的大综合。这种综合是最困难的又是最诱人的。
当今,人们用分析的方法发现了一些分散的物理规律,它们的关系可能是并列的也可能是从属的。这些规律之间的关系有的是明显的、直接的,有的则是隐含的。大综合建立完整的理论体系,就是把这些分散的规律统一起来。一方面随着研究成果的不断涌现和积累,说明大综合是必要的和可能的,另一方面所遇到的矛盾异常尖锐和复杂,说明大综合是紧迫的和艰巨的,而当代物理学正是在这种处境中,所以目前的大综合是非常必要的。人们目前已把门类分得够细的了,因此对这些门类的综合研究就显得十分必要。
物理学是一门试验科学。我们是从世界著名的迈克尔逊--莫雷试验原理的深入研究入手,认为这个试验的本质是测到了以太涡旋的转动惯量,从而证明以太的确是存在的,得到与目前公认看法相反的观点。同时对频率为几个特的超声波在水中的传播速度突然增加了两倍多的现象提出了新的解释。对太阳耀斑中的频率慢漂移试验结果也提出了不同的见解。因此试验有时也是一柄双刃剑,弄得不好也会得出错误的结果。有时世界著名的试验被弄错了,也会造成灾难性的后果。
先建立具体的物理模型,在物理模型的基础上进行综合研究。例如迈克尔逊--莫雷试验原来是以太对光是流体,而我们认为以太对光是类似于固体。原来认为迈克尔逊--莫雷试验是否定以太,而我们认为这一试验是肯定以太。原来认为力是物体间的相互作用,我们认为力是物体间的相互碰撞。
总之,我们系统地总结了我们50年来不断探索的一百多个创新观点。从什么是时空、什么是力、什么是以太和以太有什么作用以及天体是怎样演化的这四个问题入手,全面阐明了以下主要内容:力是物体间的相互碰撞,物体受力方向是它被碰方向,力的作用点是碰击点,力的大小是碰撞剧烈程度的大小;用碰撞理论证明了牛顿三大定律;认为世界是物质的,物质是运动的,运动到一起的物质会发生碰撞,在碰撞过程中会生成新的物质,物质不灭,质量、动量和能量守恒;洛仑兹力是一种科里奥利力的反作用力;电磁感应的本质是因为自由电子受到科里奥利力的反作用;以太是存在的,以太是一种超流体,磁是无散的量子以太涡旋;电磁波和光是交变的量子以太涡旋的密度波;以太传光似固体;低频电磁波的速度与其频率有关;不把空气中的水蒸气弄清楚,我们就无法解释雨露霜雪的成因;不把正负电子对弄清楚,我们就无法搞清天体的演化的能源。质子和中子主要是由正负电子对组成的,不是由夸克组成的。正负电子相互结合形成的正负电子对是物质结构的基石;正负电子对是客观存在的;空间中高速运动的正负电子对在天体内受阻减速生成各种物质而释放其巨大的自由能,质量特别大的致密恒星会发生大爆发时物质又会分解成正负电子对而完成一个循环;大陆漂移的力,是地球不断膨胀而产生的;地球上的大陆最终会消亡,变成一颗类木行星,最终会逐渐演化成一颗恒星。恒星里有氢不断地生成,氢聚合成氦放出巨大的能量。 
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 [2楼]  作者:silin007  发表时间: 2013/05/09 08:23 

"爱因斯坦的所谓相对论是从迈克尔逊-莫雷试验中推导出来的,迈克尔逊-莫雷试验的零结果用到一个数学假设,从而至使洛仑兹变换是错误的,狭义相对论也就全部错了。"

这话精辟!
其中的"数学假设"只是假设相对以太风的风速(实质是地球的自转速度)光速不变(即:C+U=C;实验证明U等于零)
而狭相假设的"光速不变"是假设相对观察者(或参考系的的运动速度)光速不变(即:C+U=C;客观事实是U大于零)
至于爱因斯坦及其信徒们用来证明其"光速不变"假设的相对运动光源的光速不变(即:C+U=C;U也大于零但不可加)

※※※※※※
即别轻信人说的,也别坚信己学的,更别迷信书写的;只信亲眼能见的,而且亲手能算的,关键亲身能验的;科学事实
[楼主]  [3楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/09 17:34 

[楼主]  [4楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/09 18:06 

谢谢老朋友

狭义相对论中有一条光速不变的假设。其实,光速不变原理也是爱因斯坦根据迈莫试验推导出来的。迈克尔逊认为:站在地球上,与地球运动方向相反的光的速度是c+v,与地球运动方向相同的光则是c-v。按照这一观点可以预计迈莫试验仪器上有0.4个干涉条纹移动,但实际上干涉条纹没有任何移动。这就说明光的速度与v无关。或者说,光的速度与惯性系的速度无关。这就是光速不变原理。
有了迈克尔逊试验零结果的物理解释,光速不变原理就不成立了。因为尽管站在地球上,与地球运动方向相反的光的速度是c+v,与地球运动方向相同的光则c-v,但迈莫试验根本无法测出v。因为以太传光似固体,对光而言,根本就没有流体的以太风。迈克尔逊干涉仪两干涉臂上的光没有光程差,干涉条纹根本就不会移动。这就不能证明光的速度与v无关,光速不变原理当然就不成立了。

继续

第一节 物质的世界
在生命和人类诞生以前,物质就是存在的,世界和人类都是因为物质的存在而存在。物质构筑了纷繁美丽的大千世界。因此,世界是物质的。这就是唯物论的根据。
什么是物质?
列宁给物质下了一个哲学定义:“物质是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感觉感知的,它不依赖于我们的感觉而存在的,为我们的感觉所复写、摄影、反映。”
在哲学中,物质是不依赖人的意识而存在的客观实在。物质是第一性的,意识是第二性的,物质决定意识,意识从属于物质。
意识是有了人类以后才有的。即使没有意识,物质也照样存在。因此,不应该把物质同意识扯在一起。没有意识,什么是物质?所以,应该在客观世界中去寻求物质的定义。
什么是物理意义上的物质呢?
只要全面认真地考察一番,不难知道物质是对空间的占有。这里占有空间的泛指石头、水、原子、中子等任何一种客观实体。
具体地说,已占据了某空间的物质就会反抗别的物质来占领该空间,这就是碰撞。因此,凡是能相互碰撞的双方都是物质。
在碰撞过程中,总动量保持守恒。这就是动量守恒定律,也是碰撞过程的规律。当然,这里的碰撞包括人们宏观上看得见的和微观上看不见的。
我们知道,意识或精神是不会占有空间,它们是不会发生碰撞的,因此它们不是物质。
物质的这一定义是不会产生任何矛盾的,而且和人们哲学上的物质概念也是兼容的。
人体是靠视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知物质世界的。人体的感觉并不一定是完全可靠的,同时人体的感觉只能感知自然界很少的一部分。例如,我们看到的影子、虚象、海市蜃楼等就不是物质,因为它们不会占有空间,不会发生碰撞。但是它们是客观存在,可见客观存在的东西并不一定是物质。只有客观实在的东西才是物质。我们看到的世界只是客观世界的很少的一部分。原子分子和暗物质我们就看不到。人们听到的声音不是物质,是空气分子运动而产生的声波。嗅觉、味觉和触觉所感知的当然是物质,但也只是物质中很少很少的一部分。
质量是物质一个重要属性,质量是对物质的量化,也就是物质的多少。物质和质量是互为存在的,没有无物质的质量,也没有无质量的物质。
怎样来求出质量的多少呢?实际上,可以根据动量守恒定律来测量物质的多少。可用“千克原器”的仿制品作为质量的基准,使它去碰撞待求质量的物体,只要测出它们碰撞前后的速度,就可以用动量守恒定律公式求出另一个物体的质量。
质量基准是由人们规定的。1791年法国政府规定1(分米)3的纯水在4℃时的质量为1千克,并于1799年用铂制成质量与此相等的圆柱体,叫做标准千克,保存于法国档案局。因此也称之为“档案千克”。1872年经过精确测量发现,档案千克比4℃时1(分米)3的纯水质量小0.04克。此后就选取了档案千克作为质量单位的基准器。
1883年,用铂铱合金制出的质量基准器1千克原器是仿照档案千克制定的。它是一个高和直径都为39毫米的圆柱体。当时共制成41个千克原器的质量基准,现在在国际单位制中仍采用千克原器作为质量的基准。
测量物体质量最简单的方法是利用受力平衡,例如使用天秤或弹簧秤。称量的方法归根到底仍然是在使用碰撞的方法,只不过这种碰撞是人们看不到的。因为力是物体间的相互碰撞,我们会在第二章中详细地讨论这一问题。
占据空间、客观实体、能碰撞和有质量是同一个意思。“实”就是占据了一定的空间。有质量,就意味着有碰撞能力。反过来,占据空间的多少、碰撞能力的大小就含有质量多少的意思。质量是通过碰撞过程来测量的。物质和质量是整体和部分的关系,有质量的地方就一定有物质。空间和物质也是整体和部分的关系,因为物质只占有空间的一部分,另外一部分空着。
物体这一概念可以看作是不言自明的,如果硬要下个定义,则物体是由各种物质和各种层次构成的某个整体。其实物质也是有一定层次的,因此物体和物质并没有一个严格的界线。只不过在物体和物质这两个名词同时使用的时候,似乎物体的层次和结构要更大一些,所包含的物质种类要更多一些。
从所掌握的资料来看,物质结构有一个重要的特点,那就是物质以不同的层次分布,这种分布是不连续的。目前,有人认为可分为微观、宏观和宇观三个大的层次,每个大的层次又可以再分为若干个小的层次。
1、微观系统的层次
微观系统是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统。
2、宏观系统的层次
宏观系统包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统。
3、宇观系统的层次
宇观系统一般是质量或尺度很大物质系统。它包括星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。
物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次,下有更深的层次。层中有层,层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”,从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。
物质的种类极其繁杂,性质也千奇百怪。就拿恒星来说吧,太阳只是一颗普通的中等恒星。恒星中有光度比太阳亮几十万倍的巨星,也有光度只及太阳几十万分之一的矮星;有的恒星体积比太阳大千、百倍甚至百亿倍,但密度只有地面空气的千、万分之一,有的恒星体积比地球甚至月亮还小,但密度却大到水的密度的几万倍甚至于上亿倍;恒星的质量有比太阳质量大或小几十倍的,恒星的表面温度有几万到十几万度的,也有表面温度只有几百度的红外星;中子星的直径只有20到40公里,质量却同太阳相当,密度大到每立方厘米上亿吨,表面温度高达一千万度。
在自然界中,物质以各种形态出现。例如大家熟知的固、液、气以分子或原子为基本单元的三种不同的聚集状态。此外还有由高速运动着的正离子和电子组成的等离子态、有由中子构成的中子态、有弥漫于较大空间的各种场态物质、还有所谓的由正电子反质子反中子构成的反物质等等。
总之,辽阔的大地,巍巍的群山,无边的星辰,微微的粒子都是由物质组成的。

[楼主]  [5楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/12 20:39 

第二节 物质和运动
运动一词是不言而喻的。它在哲学里研究得比较透彻。哲学中关于运动的主要观点是在物理世界中抽象出来的。
运动是物质的根本属性,世界是物质的。世界是处在永恒的运动和变化之中的,物质是运动着的。物质世界无限丰富的多样性正是在它的运动中展现出来。
一、运动和物质不可分割
运动是物质所固有的属性,是一切物质形态的存在形式;物质是运动的担当者,是一切运动变化的实在基础。一般说来,没有无运动的物质和没有无物质的运动。
首先,没有无运动的物质。从小尺度的微观粒子到大尺度的天体,无不处在运动之中,无不经历生成和灭亡的历史。不论无机界还是有机界,不论自然界还是人类社会,任何物质形态都是以一定的运动形式而存在。离开运动,任何物质形态既不可能存在,也不可能被人们所认识。人们认识物质,就是认识物质的运动形式。物质的属性只有在运动中才能显示出来,也只有运动着的物质才能发出信息,作用于人的感官和仪器而被人们所认识。
一般而言,也没有无物质的运动。提起运动,总得说是什么东西在运动,总得有运动的主体。一切运动变化的主体只能是物质的东西。宏观物体是机械运动的主体,分子是热运动的主体,电子是电运动的主体,生命有机体是生物运动的主体,物质资料生产方式是社会运动的主体。有没有精神的运动?当然有。思维的过程,思想的发展,就是精神运动。但是精神运动是离不开人脑生理过程的基础的,而人脑就是高度严密复杂的物质体系。
必须注意,影子不是物质,影子表面上可以运动。影子是从属于某一主体的,象人影从属于人体一样。影子还与光源的方位有关,是光源在运动,不是影子在运动。
二、静止是运动的特殊状态
运动和物质是不可分割的,这说明运动和物质一样是世界的普遍状态,说明运动是绝对的。但是在物质世界的绝对运动过程中又存在某种静止的状态。所谓静止,就是指的以下两种情形:第一,在特定条件下,事物的某种特殊形式或特殊状态的运动停止了;第二,在特定条件下,事物仍然保持它自身的性质不变。这两种情形,都说明静止状态是相对的。第一种情形,说明静止是事物的局部状态。第二种情形,说明静止是事物的暂时状态。
运动和静止是不可分离的。任何事物的存在和发展都是绝对运动和相对静止的统一。离开运动讲静止,离开静止讲运动,是把静止或运动状态绝对化,是形而上学的不变论。
这里要注意的是,把运动状态绝对化和承认运动的绝对性不是同一回事。辩证法承认事物发展过程有绝对的一面但反对任何一种绝对化。
承认绝对运动是十分重要的,承认相对静止也是十分重要的。不理解静止,就不能真正理解运动。否认相对静止,否认事物的质的相对稳定性,就无法区分事物,就根本说不清什么东西相对于什么在运动,当然也就无法把握运动。否认相对静止,就不能理解物质的多样性。物质的多样性固然是由物质的永恒的运动而产生的,却只有在物质的相对静止中才能显示出来。没有相对的静止状态,就没有物质的分化,世界只是混沌一团,谈不上什么世界物质的统一性。这个运动和静止、绝对和相对的关系问题,是唯物辩证法学说中极其重要的问题。
三、物质运动有它自己的规律性
物质运动是极为复杂的并有它自己的规律性,如匀速直线运动、变速直线运动、自由落体运动、斜抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、波动、定轴转动、定点转动、涡流运动和布朗运动等。 除此,还存在着十分复杂的生命运动。如生物的神经、血液循环、消化、排泄、免疫、遗传、繁殖、思维和进化等高级生命运动。
物质世界由于它的绝对运动和相对静止的统一而产生出并显示出它的无限的多样性。但是,物质世界的无限多样性并不意味着杂乱无章,而是有它自身所固有的运动的规律的。认识物质的运动,最根本的就正是认识物质运动的规律性。
规律是事物的一种内部联系,也就是事物本身所固有的联系。是独立于人们意识而存在的东西。人们不能创造和消灭物质,只能改变物质的存在形态,当然就不能创造和消灭物质运动的规律,而只能认识规律和利用规律,只能改变规律发生作用的形式和结果。承认不承认规律为物质运动本身所固有,即承认不承认规律的客观性,是唯物史观物论和唯心史观心论相互斗争的重大问题,唯物主义肯定世界的物质性,肯定物质世界的客观实在性,就必然承认物质运动的规律性。唯心主义否认世界的物质性,也就同时否认了物质运动规律的客观性。客观唯心主义把事物的规律性说成是由某种超自然的神秘力量所赋予的,主观唯心主义则把规律说成是人的意识的产物。
所谓认识世界,就是认识各种事物的规律性。所谓改造世界,就是以对事物规律性的认识作指导去变革事物。我们的一切实际工作是顺利还是不顺利,是成功还是失败,从认识论上说,其分界就在于我们的思想和行动是否符合于客观事物的规律性。
四、运动的相对性和绝对性
很明显,物体间的运动是相对的。必须事先选择一个参照物,根据物体与其方位的变化来判断物体的运动状况。由于参照物的选定是任意的,选取不同的参照物,物体的运动状态是完全不同的。例如,对一列正在高速奔驰的列车而言,如果选择路基为参照物,则列车在铁道上高速运动。如果选择车厢为参照物,则列车是处于静止状态。
根据相对运动原理,只要有一个物体在作相对运动,那么所有的物体都在作相对运动。特说明如下:
任何的物体与地球要么保持相对运动,要么保持静止。我们又知道地球是绕着太阳运转,因此和地球保持静止的所有物体都在绕太阳运转。同样地,和太阳保持静止的所有物体都在绕地球作相对转动。就象太阳东升西落那样。显然,任何物体只要选择太阳或地球作为参照系,则至少和其中一个参照系在作相对运动。因此运动又是绝对的。
[楼主]  [6楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/12 21:11 

第三节 真运动与视运动

真运动与视运动是不同的,所谓真运动是能够判断出物体本身在运动。因此真运动是受力运动,也可称为动力学的运动,例如从地面上看到的正在行驶的火车,火车的运动是一种真运动。视运动只是人们观察到的一种运动,并不意味这种运动是真实的,也有可能观察到的运动其实是不动的,而是观察者本身在作相反方向的运动。例如火车上的人,就会发现地面在后退,这是一种视运动。
太阳东升西落,是真运动呢,还是视运动呢?这就是地心说和日心说之争。地心说和日心说不仅是一个信仰问题或相对运动的问题,它是一个物理真实问题,也是一个物理本质问题。运动除了有相对性外,还有真实性。
绝对的匀速直线运动从理论上是无法辩别谁是真运动或视运动,绝对的匀速直线运动只是一种逻辑抽象,它并不存在。
变速运动的物体运动时会受到力的作用,从施力情况和受力分析,一般地能判断谁在作真运动。
例如,从太阳系来说,一般地,是小的东西绕着大的东西转动。太阳和地球是在绕它们公共质心转动,它们公共质心实际上就可以近似认为是太阳的中心,地球绕它们公共质心转也就是地球绕着太阳中心转。同时,太阳绕它们公共质心转动一周的时间要千百亿年,太阳实质上也可以看成是不动的。
我们知道,在火车上会产生这样一种有趣的景象:朝着火车窗户向外望去,近处的物体相对于远处物体在倒退,远处的物体则相对于近处物体在前进。也就是说,近处的物体相对于远处物体有一个向后的位移,同样地,如果地球真的在运动,在地球轨道半径两端,就应该看到比较近的恒星相对于比较远的恒星有一个位移。这种现象在天文学上叫做视差位移,也就是地球轨道半径在该恒星处的张角。称为恒星的视差。恒星的视差很小,只有零点几个角秒。一直到十八世纪,终于测出了恒星的视差,证实了地球确实是在绕太阳转动着。这也就是人们测到了地球真的是在绕太阳转动。
相对运动速度不一定是真运动的速度。例如铁路复线上对开的列车A和B,A对路基的速度是120米/秒,B对路基的速度是80米/秒。在列车A上观察列车B以200米/秒后退,这200米/秒中有B的80米/秒的真运动和A的120米/秒的视运动。在列车B上观察列车A也以200米/秒后退,这200米/秒中有A的120米/秒的真运动和B的80米/秒的视运动。
[楼主]  [7楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/12 21:14 

[楼主]  [8楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/13 16:50 

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[楼主]  [9楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/14 15:49 

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[楼主]  [10楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/14 15:54 

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[楼主]  [11楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/14 15:56 

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 [12楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2013/05/14 18:04 

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 [13楼]  作者:silin007  发表时间: 2013/05/14 19:07 

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 [14楼]  作者:余本鲲  发表时间: 2013/05/14 19:39 

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[楼主]  [15楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/16 11:18 

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[楼主]  [16楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/18 13:26 

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[楼主]  [17楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/18 15:34 

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[楼主]  [18楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/18 16:30 

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[楼主]  [19楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/19 20:40 

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[楼主]  [20楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/20 10:12 

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[楼主]  [21楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/20 10:34 

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[楼主]  [22楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/21 09:32 

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[楼主]  [23楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/22 10:56 

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[楼主]  [24楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/22 10:58 

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[楼主]  [25楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/23 09:49 

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[楼主]  [26楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/24 09:06 

一、牛顿的绝对和相对时空观
牛顿指出: “绝对的空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”;“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在均匀地,与任何其它外界事物无关地流逝着。它可以名之为期间”。这就是牛顿的绝对时空观。
牛顿还指出:“相对空间是绝对空间的可动部分或者量度。我们的感官通过绝对空间对其它物体的位置而确定它,并且通常把它当作不动的空间看待。如相对地球而言的地下、大气或天体等空间都是这样来确定的” ;“相对的、表观的和通常的时间,是期间的一种可感觉的、外部的,或者是精确的,或者是变化着的量度。人们通常就用这种量度,如小时、日、月、年,代表真正的时间。”这就是牛顿的相对时空观。
牛顿的绝对时空概念,只是牛顿对时空的一种数学抽象,这从“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,”可以十分明显地看出。其中‘数学’二字表明牛顿怕别人误解而特意指明绝对时间是一种数学的抽象。
牛顿的相对时空概念,是整个牛顿力学体系中的不可分割的组成部分。从牛顿力学的基本定律和概念出发,就一定要求有一个相对的实际可用的时空概念。物体的位置移动,就要求空间“空”;物体的静止,就要求空间保持相对的 “不动”;物体的匀速运动,就要求空间 “平直”、“均匀”;而且还要求时间相对的均匀,没有太明显的快慢节奏。反过来,只有相对时间和空间概念才能保证牛顿力学规律的有效性和可操作性。
在牛顿的力学定律(包括惯性定律)的表达里没有明确指明,所谓“静止”、“匀速直线运动”和“运动状态的改变”是对什么参考物体而言的,只要具体情况具体指定就可以。在牛顿力学中“力”是物体间的相互作用,这是与参考物体有关的,运动状态及其改变的参考物体就是原物体。牛顿完全了解自己理论中存在有一些薄弱环节,他的解决办法是引入一个客观标准——绝对或相对空间,用以判断各物体是处于静止、匀速运动,还是加速运动状态。牛顿承认,区分特定物体的绝对运动(即相对于绝对空间的运动)和相对运动,也非易事。不过,牛顿是一个经验论者,他不能容忍在他的体系中存在先验的观念。他认为,物理的实在必须是能被感知的。那么,如何来感知他所规定的“绝对空间”呢?牛顿设计了一个理想实验,用来判断哪些运动是相对于绝对空间的绝对运动。这就是著名的水桶实验。
“水桶实验”是牛顿提出的著名的实验。实验的大意如下:一个盛水的桶挂在有条扭得很紧的绳子上,然后放手,如图所示,于是:
(1)开始时,桶旋转得很快,但水几乎静止不动。在粘滞力经过足够的时间使它旋转起来之前,水面是平的,完全与水桶转动前一样。
(2)水和桶一起旋转,水面变成凹的抛物面。
(3)突然使桶停止旋转,但桶内的水还在转动,水面仍然保持凹的抛物面。
[楼主]  [27楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/24 11:01 

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[楼主]  [28楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/24 11:19 

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[楼主]  [29楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/25 09:51 

第十三节 自然界结构与统一原理
一、自然界的结构
按照中国人的理解,自然界也就是宇宙。大约在2500年前后,老子曰:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。”老子认为,四方上下是无边无际的,古往今来是没有穷尽的,也就是说,宇宙在边界上是无穷无尽的,在时间上是无始无终的。世人见到的只是宇宙变化的一个个瞬间,在这一个个瞬间中,到处是有形可见,有物可感的实体。这些物体千姿百态,形象各异。上面是天,下面是地,天地之间,有万事万物。
四方上下就是前后、左右和上下三个方向。古往今来是过去、现在和将来一个顺序。古人把广阔无限的三维空间称为“宇”;把无始无终的一维时间名为“宙”。宇宙是时间与空间密切相连的一个整体,也就是自然界是由时间和空间构成。空间是一个个瞬间的客观存在,时间则是把这一个个瞬间的客观存在按照某种顺序运动起来。于是:
自然界 = 时空 = 时间 + 空间
二、空间的结构
广阔无限的三维空间中存在有“实”和“虚”两种状态。已被某种东西占有,能阻碍其它东西进入的空间称为实空。否则是为虚空。我们知道,物质是对空间的占有,因此,物质的整体就是一种实空。物质是客观实在,虚空是客观存在,根据经验,物质只能在虚空中运动。因此虚空的存在是物质运动的必要条件。在这里,虚空不再等同于空间,虚空只是空间的一部分。这是要特别强调指出的。因此有:
空间 = 实空 + 虚空
确定一个点的方位需要三个坐标,一个点在空间中有三个自由度。因此空间是三维的。空间的任何一维都是可度量的,其单位是长度。实质上长度就是对空间的量化。
实空和虚空是可以用一种已知的实空来加以检验的,例如用手。如果杯内是实空,手是伸不进杯内或在伸入时要排出杯内的东西;如果是虚空,则手可以很容易伸入杯中而不排出杯内的东西。
实空和虚空是相对的而不是绝对的,随着选取的实空参照物不同而不同。
如果把人体不能进入的地方称为实空,人体能进入的称为虚空,那么自然界的图景就是一个人类生活的世界。
如果把中子不能进入的地方作为实空,中子能进入的地方作为虚空,那么
一幅基本粒子世界的图象就出现在我们面前。由此看来,作为参照的实空不同,得到的世界图象可以是完全不同的。
实空和虚空并不是绝对的和一成不变的,例如地球对于人体而言,它是实空。而对于中微子而言,则是空的;地球表面大气层对于人体而言,可以看成虚空。而对于气体而言,它是实空。因此,不同的实空,其对应的虚空也是不尽相同的。
实空和虚空是互相联系和互相依赖的。不难想象,实中有虚,虚中有实。一种被认识到的实空是由更小的实空和虚空所组成;从任何虚空中总可以找到更小的实空。因此,总的来说,没有纯粹的实空和虚空,也就是不存在不含任何虚空的实空,也不存在不含任何实空的虚空。实际上,实空和虚空相互穿插,相互渗透,不能分离。
因为实空被虚空所隔开,虚空又被实空所隔开,因此实空和虚空都是不连续的。实空和虚空合起来才是连续的。
空间是无限可分的。因为空间中任一线段、有限的面积或有限的体积都有是有一定大小的,有大小的东西无论怎样分,仍然有大小,只不过更小一些。因此,线段无论怎样分仍然是线段;有限的面积无论怎样分仍然是面积;有限的体积无论怎样分仍然是体积。
三、时间的结构
时间是对运动过程的量化,是表示运动过程长短的物理量。 具体地说,是通过对某一具体运动周期的计数来对运动过程进行的量度。因此,具体时间的本质是一种特殊的连续的周期运动。现实中时间的量度正是通过对一个具体运动周期的计数来实现的。所有测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对其周期多少进行计数的机构所组成的。
时间 = 运动周期  周期数
时间具有单向性和不可逆性,运动周期的计数过程是从小至大的顺序进行的。同时,一般而言,不同的运动物体之间只有运动顺序的相互对应的关系,不存在动力学的关系。一个物体的运动与其它物体的运动无关。不可能一个物体的运动反过来,其它所有物体的运动也全反过来。因此,时间不能反演。
由物质不灭可知,自然界是永恒存在的。由一切物质都在不停地运动可知,自然界是永恒运动着的。因此,自然界既无起点又无终点。也就是时间无始无终。
四、物质的结构
物质也是由实空和虚空所组成,物质是空间的一部分,物质和空间一样也是无限可分的。
物质的结构有一个重要的特点,那就是物质以不同的层次分布,这种分布是不连续的。通常把物质分为微观、宏观和宇观三个层次。微观是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统;宏观包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统;宇观是由星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。
物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次,下有更深的层次。层中有层,层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”,从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。
五、自然界量化原理
质量是物质的量化,长度是空间的量化,速度是运动的量化,时间是运动过程的量化,动量和能量是运动物质的量化。因此时空是可以量化的,也就是说具体的时空是可以用数学的方法来描述的。可以量化也是时空的重要属性之一。物质不灭,动量和能量守恒,这就是自然界中最基本的量化原理。
任何方程的解,可归结为是一些特殊的点线面。实际上,任何物质都是有大小的,严格地说,数学上没有大小的点,没有粗细的线和没有厚薄的面,在物理世界中都是不存在的。因此,点、线、面的概念甚至数学方程,在物理学上是建筑在沙滩上的,只能近似地去分析和理解它们。它不过是一种数学的抽象。除了那些计数值的测量以外,任何计量值的测量都不是绝对精确。因此任何过程是不可绝对精确地测量的。绝对精确的物理方程是不存在的。可以这样说,物理方程只是对具体过程的近似和模拟。那种认为物理方程的解一定是精确的看法是错误的和有害的。可以这样说,自然界是可以量化的,但是自然界是不能精确地量化的。
实空和虚空是互相联系和互相依赖的。不难想象,实中有虚,虚中有实。一种被认识到的实空是由更小的实空和虚空所组成;从任何虚空中总可以找到更小的实空。因此,总的来说,没有纯粹的实空和虚空,也就是不存在不含任何虚空的实空,也不存在不含任何实空的虚空。实际上,实空和虚空相互穿插,相互渗透,不能分离。
因为实空被虚空所隔开,虚空又被实空所隔开,因此实空和虚空都是不连续的。实空和虚空合起来才是连续的。
空间是无限可分的。因为空间中任一线段、有限的面积或有限的体积都有是有一定大小的,有大小的东西无论怎样分,仍然有大小,只不过更小一些。因此,线段无论怎样分仍然是线段;有限的面积无论怎样分仍然是面积;有限的体积无论怎样分仍然是体积。
六、物质相互作用原理
物质是对空间的占有,空间已被一种物质占领,它就会阻碍另一种物质对同一空间的占领。由于物质是运动的,物质经常会运动到一起,也就是说,两种物质要同时占领同一空间。但两物质又不允许同时占有同一空间,即是说两物质不能互相通过,于是一个碰撞过程就会随之发生。物质避免占有同一空间的方法是相互让开,这一让开的结果是改变了原来的运动状态。于是我们说,物质受到了力的作用。因为只要物质的运动状态有改变,它就一定受到力的作用。我们完全有理由认为物质间的相互作用就是碰撞,力就是物体间的相互碰撞,碰撞是物体间唯一的相互作用,这就是物质相互作用原理。下一章马上就会接着详细讨论。
七、自然界统一原理
人们普遍认为世界是物质的,物质是运动的。列宁认为除此以外再也没有其它东西了。显然,这种对世界的认识是不完整的,因为还有碰撞。碰撞不是物质,它是物质间的相互作用;碰撞不是运动,它是运动的干涉。碰撞并不完全属于物质或运动的范畴。显然,在碰撞过程中会产生新的运动或新的物质。因此碰撞是世界发生变化的唯一动力。
因为物质是由实空和虚空组成的。在物质和运动这两个要素的基础上,再加上第三个要素碰撞,我们就可以得到任何层次都适用的自然界统一原理:
自然界是由物质和虚空所组成。物质在虚空中不断地运动着。运动到一起的物质之间会发生相互碰撞,从而产生新的运动或新的物质。物质不灭,动量和能量守恒,碰撞是物质间唯一的相互作用。
不难看出:有物质没有运动的世界是一个静止的抽象的世界,仅有物质和运动的世界是一个没有动力的世界。这种自然界不含有力的因素,不能解释运动状态发生变化的原因。只有包括物质、运动和碰撞三个要素的自然界才是一个简单、和谐、自洽和真实的自然界。
八、一个有中国特色的宇宙观
以上的宇宙观是由中国2500年前的老子最先提出,后由中国人不断完善的。它是一个具有中国特色的宇宙观。
这个宇宙观除了带有强烈的物理色彩外,还有以下两个特点:
1、这个宇宙观把自然界分为空间和时间。又把空间分成实空和虚空。这样一来,就把等同实空的物质和虚空同时纳入空间之中,没有绝对的实空又没绝对的虚空,把实空和虚空巧妙地结合在一起,避免了真空、绝对真空等模糊概念。其实,空间实和虚就是辩证法的物理基础。
2、这个宇宙观把物质定义为对空间的占有,其实质就是引入了物质间的相互作用——碰撞。从而使得宇宙间有了发生变化的动力,这才是一个真正的自洽的宇宙。不难理解,对心弹性碰撞的双方共处于同一时空之中,碰撞时它们相互斗争,它们的动量在向各自反面变化,这正好又是对立的统一规律。在这里,碰撞正好是对立的统一规律的物理基础。

[楼主]  [30楼]  作者:-叶波-  发表时间: 2013/05/26 09:30 

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