其实,早在十年前,我就构思过写作物体论。一直来我总是不改初衷,为了人们能够更好的理解自然哲学的形象理论,坚信有必要以单独的篇幅向人们解释物质世界的构造图景以极其详尽的关于物质运动的系统层次结构问题。但直至今日,也不知如何能够向人们说明白关于物质运动世界的系统结构图景方面的种种背景问题。可能是有着比说服观念更为重要的事情,也许是说服观念的事情总是最后弄得人心情疲惫,以至于该做的事情一直来总是没有把它做好。
物体论导论——物体问题的本质和物体的基本属性
电子是物质还是物体?或许,解说物质运动世界的构造图景的理论性事情,我们可以从这样一个简单的问题开始, 电子是物质还是物体?——在人们的意识之中,微小的东西应该是物质,它们构成了我们观念上所知的物体。但是,仔细想来,电子又如何不也可以是物体呢。虽然,人们一直来没有明确地指出电子也是物体而只是把它看作微观粒子,但是,从世界是无限可分的观点上看,更确切的意义上说,我们认为电子应该说是物体!在这里,我们不必计较“电子是物质”这一说法最后是不是正确,我只想点明物体一词可以有着比以往观念上所知的物体更为丰富和深刻的内涵以及这一问题与原子论的物体模型有着紧密的联系。另一方面我们也可以看到,虽为简单的问题却也总是牵涉到人们对于物理世界的根本看法。
在很多的物理书里,物体这一概念被看作是一个不解自明的词语,找不到任何可能被人们认为是多余的解释。有一本物理教师手册倒是提到了关于物体问题的解释——物体是由物质构成的个体。虽然带着点中文字面解释的味道,无论如何,总算没有把物体一词排除在物理词汇之外。倒是我们的古人却曾是痴迷于物性问题的研究,留有长卷诗篇《物性论》。
当然,作为地球人类的物理学,构造正确的物体模型也许是物有所用,但是,要向各种风格的人们说清这个或许不是很复杂的问题,也必定不是一件容易的事情。我想大多的人们会逐步接受我的观点,物体不是一块简单的材料,也不是一个封闭的物质系统。我们认为,物体是由物质构成的某种整体或者系统,它强调的是物质运动组织的某种相对整体性。由于物质世界里物质运动的复杂性和多样性,作为物理学的物体概念不能把物体理解为一块简单的材料。我总觉得物体作为物质运动系统层次上的完整主体并不象很多人们想象的那样是一个极其简单明了的物理问题以及现代科学的一系列不如意的事情可能与我们把物体问题想象得过于简单有着不可分解的联系。
在相对性理论产生以前,人们就发现高速运动中的电子拥有更大的质量。人们考虑,既然经过加速的粒子拥有更大的质量,是不是经过加速器加速过的粒子拥有更多的物质数量,以及作为物质集合意义上的物体还是原来那个物体吗?
但是,关于此类并不复杂和抽象的简单物象的解释,却很难找到各类学者都能够愿意接受的一种解释方案。现代相对性理论,把运动粒子的质量增加现象解释成一种运动对象的观测效应——质量膨胀。在现代相对性理论里没有必要去考虑粒子加速以后是另一个新的粒子,也没有必要引进新的物体模型,给物理的力学保留了某种简单性。现代相对性理论在这个问题上依然把物体看作是一个封闭的物质系统。但是,不如意的事情是给人们留下了一个不怎么容易理解的质量膨胀概念。
在前一篇《物质论》中我详细地论述过世界为什么没有真空而是到处充满着物质。在里,我也将本篇详细地论述为什么物体总是动态的物体和相对的物体。
打破封闭的物质系统的物体概念,也就意味着建立动态的物体概念。由于物体总是与环境之间不断地进行着的物质交换,导致物体经过时间的过程构成物体的物质组成总是发生了变化。比如,地球作为一个物体,由于太空中不停地有陨石降落到地球上,每时每刻地球有新的物质组成加入,地球每时每刻都是新的,今天的地球总不是昨天的地球。
如果科学需要关注物体的问题,其实,物体的问题是可以作为这样一个问题来理解,这一问题的本质是如何在纷繁复杂的物质运动世界里抽象出各个物质运动层次的完整主体。比如,飞机作为一个物体,它包含飞机内部的空气吗?我们说,一般地,人们在谈论飞机的重量时,所说的飞机不关心飞机内部的空气,不管是飞机设计师在计算飞机构件的总体重量设计飞机所需要的升力时,还是人们用磅秤去称量飞机的实际重量时都不曾关心到飞机内部的那个空气。然而,在谈论飞机的惯性时,人们所说的飞机实际上包含了飞机内部的空气,甚至可以更多一些。这是一个简单的例子,它引出一个关于物体的普遍问题——即物体的相对性,物体同时进行不同的物理事件实际上并不是由同一物质集合系统作为主体。看来,有些事情,人们原先并不完全清楚地注意到事件对象的完整的主体。
关于物体的动态性和物体的相对性,在这里,我们是想让人们明白物体总是动态的物体和相对的物体,物体的动态性和相对性具有绝对的普遍性。我们希望能够将物体的动态性和相对性推广到整个物理学领域(包括整个无限的宏观领域和无限的微观领域)。
当然,在这里,我们看不到有关物体相对性方面的具体的实用性的物理意义,这方面的事情一般不容易为人们所注意到。物体的较为隐蔽的相对性是在研究形象物理过程中发现的,形象物理推导出一个连作者本人也感到意外和惊奇的结果——地球的公转质量大于地球的自转质量,地球系统中有部分物质组成不参加地球的自转运动。也正是这一点,作者觉得有必要写作《物体论》。
以往科学中孤立问题的思想方法基础
何谓孤立问题的思想方法基础?在这里,抽象的概念可能不好理解,还是举个例子说吧。不知道大家是否还记得力学中的有关“隔离体”的解题方法,我隐约觉得这种方法有点像是一种基于孤立问题的思想方法。当然这里所说的事情更多地是指作为物理方法我们能否撇开事物的环境来简单地考虑一个事物单体。从这一角度出发,我们觉得科学很多时候喜欢在坐标系中讨论孤立的物象,这种思想方法应该是有问题的。但是令人遗憾的是现代科学非常习惯于讨论坐标系中孤立物象。现在说说孤立问题的思想方法的历史起源。
历史上,经典力学为了说明地球的运动,Galilei 提出了最初的和朴素的相对性原理:对于一个相对于惯性系作匀速直线运动的物质系统,其内部所发生的一切物理过程,都不会受到物质系统作为整体在空间中作匀速直线运动的影响。当时,很多人们不相信地球是球形的、是转动的和绕着太阳运动的。人们认为如果地球是球形的,地球另一边的人为什么不掉下去。如果地球是运动的,我们跳起的时候,就不会落回到原来的地方。千万不要以为这是十分可笑的问题,其实,过去的历史并不是对于每一个现代人都是清楚的。也许事情是人们接受了物象的事实,然后从乘船的经历中领悟了地球的运动。在运动的船上上抛物体可以落回到船上原来的地方,这并不表明船不在运动。同样人在地面上跳起可以落回到地面原来的地方,不能表明地球不在运动。科学的伟人更为此总结出事物的与其说是普遍的原理还不如说是普遍的表象事实——对于一个相对于惯性系作匀速直线运动的物质系统,其内部所发生的一切物理过程,都不会受到物质系统作为整体在空间中作匀速直线运动的影响。但是这一原理作为物理方法基础非常有用,它告诉我们,研究地面上的一般力学问题,可以不考虑地球的运动。事实上也的确如此,几乎所有的工程力学问题,环境的因素只要考虑地面上物体的重力就远远足够了。
历史上,这一思想的发现是划时代的伟大发现,他克服了人们某种错误的直觉意识。也因为这一原理的创立,为孤立问题的思想方法奠定了基础。
相对性理论的创立,从理论上改变了单个物体的孤立问题的思想方法。相对性理论认为物体如果没有参照系是无所谓运动和静止的。但是相对性理论把参照物与数学坐标系等同以后,问题还是坐标系中的孤立问题的思想方法。运动是不能对于孤立物体而说的,但是各个相对运动之间的联系还是独立的。选定了某个参照系以后,我们就用不着考虑别的问题,我们完全有理由在运动的火车上得出地球质量膨胀的结论。在这里,我们用不着考虑地球系统在太阳系中的运动,也用不着考虑太阳系在银河系空间中的运动。地球相对于火车的运动可以作为一个孤立的问题。
但是凭着实用的魅力得到的科学结论多少让人们感到困惑和无奈。在运动的火车上真的会感觉到地球的质量膨胀以及这是一个真像的效应吗?
我们认为科学作为一个发展过程,科学的初期发展简单的方法基础能够得到人们的理解。在科学发展的初期,人们需要把复杂的问题分解为简单的问题,这也是科学发展水平和人们认识问题能力的限制所致。但是随着时代的进步,这方面的问题不能老是被我们所忽视。——
很多迹象表明,地球系统中的某类物象,我们不能不考虑地球这个系统的作用。比如地球系统中的光速,它不能离开地球这个系统来考虑问题。光波来到地球系统以后,它会受到地球这个系统的作用,以相对于地球系统以299792458达的速度运动。粒子的质量膨胀可能是与地球这个系统的环境摩擦造成的一种物质吸附效应。另外,在运动的电子上看加速器管缩短肯定不是事实,真正的事实是运动电子的膨胀。应该说明的一点,我们暂时无法说明系统的特殊物理作用,但是如果我们能够承认地球系统在地球系统中物象的特殊地位,很多关于物象的矛盾说法马上可以得到很好的克服。
基于数学风格的相对论是没有到考虑这方面的问题,而且从理论上声明没有什么理由认为一个参照系比另一个参照系更好些。是啊,也许的确没有什么理由可以认为一个参照系比另一个参照系更好些,但是另一方面我们也好像没有什么理由可以认为地球上的物象可以撇开地球这个现实系统来考虑。
物体是物质运动系统和物质运动的系统性
物质运动的系统性问题像其它的概论性章节一样是比较不容易论述的问题。
迄今为止我们的科学研究太阳系中的行星运动采用太阳坐标系,研究地面的运动采用地球坐标系,这么使用着就这么使用着,没有人关于参照物问题做更多的有无物理性意义的深刻思考。好像事情的确有点儿像Einstein所说,只是为了使用和方法上的方便。虽然今天有很多人们(比如秦元勋、郑铨、耿宪温等学者)依据很多事实提出参照系的不平等性,然而从纯理论上提出参照系的不对等性依然十分困难,也许正因为这一点,Einstein认为没有什么理由认为一个参照系比另一个参照系更好些这一观点依然没有在理论上被完全说服。新世纪的钟声即将敲响了,在这新旧世纪交替的时刻,我们面对即将过去的科学世纪和展望科学未来,我们感到科学脚步的沉重,我们寄予新的世纪里科学在发现更多新的物象的同时科学也能够再次走近大众化人们的思想。
在序言中我论述过科学新的困难问题主要是由于两个原因:1、在抽象的力作用下在清晰的空间里运动的物体动力模型-物质问题;2、孤立问题的思想方法基础-物体问题。第一个原因在《物质论》中已经作了阐述,第二个原因在上一节中做了阐述。
本篇主要针对孤立问题的思想方法基础继续论述物质运动的系统性概念。
物体是物质的运动系统 在形象理论里,物体是作为物质运动系统来进行理解的,反过来我们认为也可以将物质系统简称为物体。基于这方面的原因,本书将物质系统的问题放在《物体论》中讨论。我以单独的篇幅来阐述物体的问题,其原因之一也是希望人们明白应该从物质系统意义上来重新理解物体一词。
物体是物质的运动联系系统,不论大小,只要具备相对独立的运动联系的整体性,都可以称为物体,比如小至电子,大至太阳系、银河系都可以称为物体。大的东西被称为物体,人们一般是不会搞错的,小的东西却很容易搞错,人们总是喜欢把电子这些粒子们当成物质而忘记了它们虽小却是一个个物体。我们强调内容重于形式,不以大小论物体。我们强调物质概念与物体概念的区别。而对于光子,不要看它也有“子”字尊称,把它当作物体。其实,光子更确切的说还是应该回去叫它光波。它的很多表现倒更像是物质组织的性质,其与环境的紧密联系性质表明光波不具有运动联系的相对独立性。光波可以是我们研究的对象 Object,但有缺陷于动力联系方面的整体性 Body。从这一意义上说物体,Body 一词优于 Object 一词。
我在解释什么是物体的时候,认为物体是一个动力联系体,是物质运动的系统。其实,物体本来就应该作为物质的系统来理解。物体不是由物质构成的个体,物体是由物质构成的整体。它强调的是整体性,而无须强调是单体还是群体。
所以,我觉得物体论如果翻译成英语,还是叫做关于物质系统的理论比较好。
有一个问题,物体是物质运动系统,物质运动系统也是物体,物体与物质运动系统有什么区别呢。我们说没有,没有任何的区别。只是,当物体一词与系统一词放在一起的时候,我们将作为直接子系统意义上来使用物体这个词。
何谓物质运动的系统性?我认为物质运动的系统性有多层意思:1、物质运动必然趋于构成多层次的相对独立的物质运动系统,物质运动系统或者称为物象系统,物质运动世界这一属性现象源于物象的群聚性,其基本动力源于各种引力作用;2、系统由物象构成,却反过来对于构成系统的物象具有物理性的控制作用和外层物理作用在物象比例方面的屏蔽作用,比如我们感觉不到地球公转对于地球自转和地球上时钟等运动的影响。3、系统中的物象表现为具有某种物理性的共性,而且这种物理性的共性深深地依赖于系统;4、系统参照系对于系统中的物象具有特殊的物理意义和方法意义。
其实,物质运动世界表现为物质运动的系统性和层次性这是显而易见的,比如地球系统无疑是相对明显的和比较集中的现象系统。而地球又是太阳系的诸行星之一,太阳系是茫茫银河中一个美丽的孤岛,它无疑也是相对明显的和比较集中的现象系统。对于宇宙物质运动的系统性和层次性或者说宇宙的行星系结构,我们是不是会想到这里有着一种物理性的本质或者这只是一种普遍的物象?
物象的群聚性。物象世界的系统性表现表明物象具有群聚性以及物象世界的系统性是物象群聚性的演化结果。当然这一群聚性应该源于物质世界的万有引力属性。所谓系统即物象的群聚体。人类社会的城市化是不是本质上也属于物象的群聚性,我无法肯定。但是这两个东西的确有点类似,这是肯定的。人类社会的城市化是一种经济优势的驱动,物象的群聚性是引力的作用。但其结果都导致了某种凝聚态。也许宇宙的原始是完全混沌的,那个时候物质没有集聚成为系统,层次未分,当然无谓参照物的大小和好坏,从这一意义上说也许相对性理念到的才是更本质的东西。也许正是这一点相对论者认为没有理由认为一个参照系比另一个参照系更好些。但是,现在我们的宇宙现实状态毕竟是具有系统层次性的,从这一意义上说,相对性理念可能就是错的了。
系统起着某种类似于“行政区域”的物理作用。物质运动世界的这种物质运动的系统性和层次性是否具有其物理意义,比如地球,它是由地球上的所有物象构筑而成的物象系统,物象构筑而成系统以后,这个地球系统对于构成这个系统的物象是否起着某种类似于行政区域的物理作用?比如地球上的生命现象苛刻地依赖于地球这一系统而存在。我们知道我们的地球是迄今为止我们已经发现的唯一拥有生命现象的星球。为什么宇宙空间是这么寂寥,这么不容易产生绿洲?这是研究宇宙生命课题的学者们关心的课题。由此,面对被严格限制在地球系统中的生命现象,我们能够得到什么样的感想呢。不管是否能够理解生命现象的偶然和可贵,至少我们理解下面的事实,可以这么说,上帝划出一个地球“行政区域”,在这个区域里,允许生命现象可以发生。地球生命界限的事实逼迫我们承认地球系统在这里表现为类似于“行政区域”的作用。不过,如果我们承认对于生命现象地球系统在这里表现为类似于“行政区域”的作用,那么我们是否会进一步考虑这种作用可能不会只是对于生命现象而言,这可能是一种普遍的物质运动的系统性问题。由于问题的困难,这里我先想说说其它问题。
物体与系统之间的联系。应该说物象群聚以后,群聚体(系统)中的物象应该拥有更加紧密的物质运动关系。其中的物象与群聚体中所有其它物象的紧密关系应该具有某种整体的效果,这样的总体效果如果存在,即我们认为的物象与系统的物理学关系,我们认为这种关系不仅仅只是引力关系和运动的参照关系。这个关系中新的内容是本文所关心的问题。当然这种物象与系统的关系肯定不单是指物体受到系统的万有引力问题。诚然,认为系统仅仅对于物体起着引力和运动的参照作用是不对的,比如我们站在地球上,我们当然不能只是关心我们的体重和我们相对于地球静止这就是我们与地球的全部关系!我想地球上的人除了不知事的小孩没有人会很反对这样的观点,哪怕是最笃信相对性理论的人我想也应该是这样。也许有人认为物理学所说的物体与物体的关系应该是指那些物理性的关系,但是我想即便是物理性关系,物体与系统的关系也不可能仅仅只是引力和运动参考的关系。既然这样,那么物体与其系统还有什么样的物理性的关系呢?
系统对于物体的控制和物体对于系统的依赖性。我们认为系统对于物体的控制和物体对于系统的依赖性是多方面的,尽管物体对于系统的依赖性在生命现象中表现得尤为严重,但是我们认为物体对于系统的物理性依赖性也是严格的。对于生命现象,地球是我们的生活环境,我们依赖于地球这个生命环境而延续着生命,我们一刻也离不开地球。我们与我们的生活环境之间有着千丝万缕的联系,比如呼吸空气、感受大气温度和大气压强。同样我们认为,比如宏观物体中原子的质量、振动快慢、特征尺寸不是绝对的,而且也严格地依赖于其系统。其实这些关系源于系统对于系统中的物体的控制作用。我们认为高能物理现象不是运动相互观测效应而是一类系统性现象,这些现象仅当物体相对于系统运动时才产生。严格地说,物体相对于系统运动是指物体系统物质分布环境钟运动,确切地说可能应该是使用穿行一词来得更加合适。
物体与系统的不对等性。物体与系统在规模方面不对等性导致物体对于系统的作用只是影响,而系统对于物体的作用则是控制。物体对系统的影响力小,系统对物体的影响力大,这是容易理解的。陨石的降落对于地球是有影响的,但其影响使非常微小的,甚至这种影响不为我们所察觉。但是地球对陨石的影响则是不可忽视的,地球大气可以摧毁细小的陨石。
物质运动系统的层次结构
有学者觉得物质系统的层次结构是人为的划分。这个问题我想来想去想了近十年不知该怎么回答好。在一些人看来不言自明的事情,在另外一些人眼中却总是困难的问题。也许,这个问题好像有很好地学过万有引力定律的人还在问,地球下面另一边的人怎么不掉下去,你能对他解释些什么呢。后来,我觉得这个问题是说宇宙中的行星系结构作为一种普遍的物象是否具有物理理论意义。
关于参照系之间的平权假设,是现代理论物理学相对性理论一个基本的前提思想。虽然参照系的平权假设会马上会导致很多逻辑矛盾的结果,但是参照系平权假设本身却不免有时听起来很有道理。这主要是因为,在人们的物理观念中,参照物与坐标系所起的作用是相同的,所以当第一次看到“各个坐标系都可以用,没有什么理由说明一个坐标系比另一个坐标系更好些”这一陈述时,本书作者也曾觉得 Einstein 这一观点非常有道理。只是后来渐渐觉得这样的观点是相对性理论各种自相矛盾结论的根源。现在,我完全可以深信不能从坐标系的对等性来说明物质的动力学系统之间的对等性。但是,作为相对性理论,它无论如何不能放弃这一坐标系平权思想,因为放弃了这一相对性理论的基本点,也就必然要放弃相对性理论的整个数学方法以及两个前提假设,从而放弃整个相对性理论思想方法体系。
虽然外层系统与内层直接子系统之间的不平权设想可以克服许多逻辑上的混乱和矛盾,但是,外层系统与内层直接子系统之间的不平权思想不是显而易见的。数学的推导也许也不能完全说服人们的观念。是啊,虽然可以指出,系统质心参照系的本质思想是近环境参照系,大系统是各直接子系统的现实环境。对于一个具体物体而言,它的物理行为受到近周围的引力物质组织物理温度的现实控制,而这一物理温度决定于那个直接的和现实的系统。比如,要讨论船的运动,不能离开海洋这一水体环境,讨论飞机的运动,不能离开空气这一大气环境。但是,现代物理学有个特点,就是不怕数学的烦琐复杂,因为物理学家们有的是数学方法和数学演算能力,但希望工作在简单的物象模型上。也许,他们缺少工程师做模型的职业意识,一方面不知道科学存在物象模型上的缺陷和方法的理论误差,另一方面缺少现代工程知识,不能借鉴现代工程科学丰富的物象模型来发展理论科学。我们认为,系统是物体的现实环境的总体,是物体发生动力学行为的现实环境,物体的动力学行为总是受到环境的影响与控制。但是物体反过来是系统的环境则显然不能成立。作者认为,就因为物体与其系统在这一点上不可能对称和平权,导致参照系之间的不对称和不平权,以及坐标系的平权意识在处理具体动力学问题时,并不完整真实地反映客观的物象规律。
物质系统空间运动上的层次性,应该说是天地自然演化的结果,最多或者说是上帝创造的。也许是物质系统在空间运动结构上的层次性,决定了其物理上的层次性。如果说上帝喜欢这样一个分层次的物质系统,我们不理解又有什么办法呢。如果我们想问,上帝为什么不把宇宙造成这样,宇宙不是一个多重的行星系结构,而是宇宙中物质组织与物质组织之间没有引力和运动,物质在空间上均匀一片,或者就如 Einstein 所言,宇宙中只有一个物体,也许这个问题只有去跟上帝讨论才能讨论清楚。不过,我想指出,在这样的宇宙中,绝对也没有我们,更不会有我们这样的智慧生物在研究物理学。
有时想来,人们不理解一个东西,不等于这个东西就是错的。如果以易于领悟标准来判别理论,那么现代物理学的大多理论都不符合这一标准的要求。
真理是上帝创造的,可是,上帝又总是不愿清楚地告诉我们什么样的东西是真理,让地球人类在日复一日的猜谜语,一代接着一代地在设计着理论体系,看看是否能够更好地解释这个物象世界。
这一对物质系统划分层次的方法是我的发明或者仅是我设计的一种物理方法。可是,当我们无法怀疑相对于地面运动的物体总是表现出质量增加、内部运动变慢等效应,而无法从运动的飞机上观测到地球的质量增加、地球转动变慢的时候,以及在系统地考察了我们所知的物象体系以后,我们不得不承认飞机上的物体与地球系统从物理意义上说不是同一等级的物质系统。同样,把地球与太阳放在平等的地位,也将使很多太阳系物象变得无法解释。基于所得到的物象事实,我们认为为了更好地解释已经获得的物象事实,不妨尝试物质系统分层次的物像分析方法。
其实正像人们知道的那样在经典力学中说明参照系的不对等性有一定的难度。也正因为这一点,Einstein 提出坐标系的平权思想。然而,坐标系的平权思想又马上会导致逻辑上矛盾的结果,留给人们一个否定相对性理论的理由。从现象来考察,很难确立参照系之间的绝对平权,但是在理论上又很难找到参照系不平权的令人信服的理由,科学的难点也许就在这里。所以现在想起来,很多人不服系统质心参照系的特殊意义,不是不可理解的。
参照系的动力学不平权问题正如郑铨老先生所说车撞人不能说成人撞车。这种问题不能单从车和人的问题上考虑。我们不能离开地面这一事件环境来考察地面上的动力作用事件。其实,单从运动学角度讲,参照系也不是等效的,认为哥白尼的伟大只是把坐标系从地球搬到太阳上,这话听起来很勉强。我们认为参照系的平权意识来自于物体运动的分散性意识。在这样一种意识下,认为运动物体之间只有相互运动的关系,由此得到各个参照系系的平权意识。
物质运动的系统性一直来为数学物理学家所忽视。他们坚信数学的无穷创造力,坚信孤立事件的规律可以合成出物理的世界,却而忽视物象世界的运动整体图像和事物的无可分割的整体性和联系性。他们撇开绝对的分子热运动世界去孤立地考察一个个独立的分子运动,从而得出空气分子运动的相对性和一切运动的相对本质。我们认为,正因为以往的科学中忽视了物质运动的系统性问题,所以无法找到参照系之间不平权的理由。物质运动的系统性问题与参照系的平权意识看起来好像没有关系,其实,我们认为正是物质运动的系统性决定了系统与系统中的物体的不对等性。
那么何谓物质运动的系统性呢。我们认为,物质世界中的物质运动是普遍联系的,但物质运动世界中又存在许多物质运动联系相对独立的整体,相对独立的物质运动联系的整体称为物质运动系统,系统中物体的物理行为总是受到系统环境的实时控制,这种性质称为物质运动的系统性。我在《物质论》中说明了宇宙世界没有真空,世界是原气的海洋。因此,基于物质运动世界的系统性,物体总是生活在具体系统的原气环境之中,其物理行为总是受到它的系统原气环境的实时控制。
物质运动的系统性其实就领悟于各种物象效应的不对称性。
我们可以借助地面的自转运动来推动火箭的更好发射,但是,这却完全无助于地球系统的转动数量的丝毫增加。因为火箭的所有行为没有跑出地球这个系统,系统不会因于内部的物理事件失去角动量守恒。同一动力事件对于系统与系统内部的物体所产生的效果是完全不同的,这就所谓系统与其内部的物体并不对等的理由。系统可能会因于系统内部的事件导致系统的规模变化,但是系统在规模不变的情况下,不会因于系统内部的事件导致系统发生物理性质的变化。系统比之于系统内部的物理事件,具有更高的稳定性。宇宙是一个物理性质固定的物质系统。
其实,物质世界的运动层次性是一个客观的事实,一种物象景观,只是一直来人们熟视无睹它的理论意义。我们从物质运动世界的层次结构中发现了参照物的不对等性质。
4、物体的动态性
1、环境中的物体
地球被大气所包围,地球上低洼的地方被海水充满成为广阔的海洋。在我们这个地球里,凡是拥有空隙的地方总会被流体所充满,所有的物体周围都洋溢这无孔不入的流体物质的包围。鱼儿在水中游荡,人类在空气里行走,行星沐浴着太阳的光辉 树木在风中飘动着叶子,帆船顺风行驶于波浪 狂风吹倒了房屋,雨水冲走了泥土,洪水淹没了良田 总而言之,我们真切地观察到物体与其环境的密切关系,也猜测在景观中是否蕴藏着物象的普遍原理?——即所有的物体总是环境中的物体,没有一个物体存在于没有流体包围的真空环境之中。
水只有在大海里才能不干,树木只有扎根土壤才能参天成长,高山只有依靠火山的不停运动才能屹立大地 生命离不开空气和水,离不开地面的支撑,离不开大气压力,离不开阳光的温暖 月球离不开地球,地球离不开太阳,太阳更离不开银河,万物都跑不出宇宙 滴水会聚成江海,树木构筑成森林,地球因为月球而不孤独,太阳因为行星环绕变得更为广大,万星聚辉汇成银河,无数星体构造宇宙 没有火山的推动,高山终究风化为大海,没有太阳的光照或者没有坚硬的岩石分化的泥土,多彩的生命世界将不会存在。没有地球的引力,月球将离开我们,没有太阳的引力,我们也不知道地球之船将漂泊在宇宙之海,宇宙没有引力,星体将会混乱地撞向另外的星体。我们天地宇宙里的每一个事物,都无限地联系于其它事物,联系于更大的事物环境。
也许,有人会问,行星运行在没有分子分布的太阳系空间里,不是吗。是的,行星运动的广大的太阳系空间里,近乎没有分子物质分布。正因为太空中的分子物质分布近乎没有,这保证了包括地球在内的行星能够围绕太阳不停的飞行。太空中如果拥有分子空气的阻力,我们就要担心行星的飞行会不会越来越慢,以至于最后行星们都掉到太阳的火海里。但是,世界果真这么简单,没有分子分布的地方就是我们想象的简单真空,我们真要感谢上帝留给我们一个简单的物理世界。有鉴于物象世界的复杂性,我们是不是该问一问,没有分子物质分布的地方,是不是就是真空呢。我们都可能听说过人体如果突然失去大气压力将会发生什么事情,但是好像从来没有人担心如果将一个物体突然置于真空之中将会发生什么事情。如果行星是飞行于真空的太空里的,行星们又是如何感受到来自太阳的引力的?想来真空中的物体应该是一个不受任何力作用的物体。行星们并没有飞离太阳直线而去,看来没有分子分布的空间不是一个简单的问题。可能,太空中同样充满着某种物质分布,宇宙是充满着物质分布的空气海洋,所有天体飞行在这样的空气海洋中,这些物质分布并不构成天体运行的阻力,却不让天体远离其它天体而去。
作为人,也作为物理的探索者,我们深有体会,像人这样的物体,既不能生活在自然的真空之中,也不能生活在没有社会联系的社会真空之中,而是淹没在社会联系的海洋里。即使整天只知道关心天地宇宙的人们,他们首先也必须生活在人类社会里,拥有一个稳定的职业以获取必需的生活资料以后,才能从事于他们自己感兴趣的事业。
2、物体的动态性
人,从本质而言,是从天地中走来,但是人类早已进化为一个社会性动物。作为探索天地宇宙万象之理的人们,或许拥有更多的自然天性,但也深深的联系人类社会之中。但是,遗憾的是,有时我们却没有从人类社会的联系复杂性来联想到自然世界本身的复杂性——环境中的物体与环境之间各种物理联系的复杂性。人,从物理学意义上将,它也是一个物体。英文里,人体与物体就是同一个词——Body。其实,如果人确实能够从自己将身比身,以人之身多来理解物理上的物体概念,也许我们能够避免科学研究方面的很多弯路。作为物理学家的人,也是一天也不愿停止吃饭喝水,一分钟也不能停止呼吸,然而却很少有专业物理学者因此得出结论,所有物体都必须与环境之间进行不停的物质交换,物体才能成为物体。西安的阎坤和北京的郑铨两位学者是比较早地注意到这方面问题的中国学者。物体总是与环境之间处于不停的物质交换之中,不平衡的物质交换导致物体的质量发生变化。
其实物体存在于物质环境之中,有如人生活于地球空气之中和鱼儿生活在水中。也许,专业物理学家有他们的一套物理思想方法,反正他们认为没有必要引进动态的物体概念,或许是所有这一切大自然的现象,总是为我们的物理学家所忽视——人每时每刻呼吸着空气,鱼儿每时每刻呼吸着水体,草木吸收着阳光 坚硬的岩石分化成泥土,春天里春风吹绿了小草,小草育肥了牛羊,小孩吃奶一天天长大;电子受到电场的加速而质量增加,火箭向下喷出高速运动的气体获得向上的推力把卫星送上天空,地球因为每时每刻接受陨石的降落每时每刻在膨胀,地球的自转在变慢,太阳撒播着光芒,高山风化为大海,沧海桑田,地老和天荒 ……
学校,老同学走了,来了新同学,学校气象更新,已不是原来的学校。物理学,旧的物理原理一个个被推翻,新原理被一个个建立,科学总不时以往的水平,地球由于陨石的降落,地球总不是昨天的地球。灯泡在工作过程中电子不停地从负极流进来,又不停地有其它电子通过正极流走,灯泡不是固定地由那些电子构成的物体。在军队里,老战友退伍了,来了新战友,军队依旧存在。人类,老者离去了,孩子们来到世上,人类作为延续的生命群体而存在。也许任何物体,只能作为动态意义上的物质群体而存在。
也许有人会问,像电子这样的基本粒子也是动态的物质系统吗?
科学至目前为止,很多思想意识上自相矛盾的情形,的确让大众化的人们不知该如何相信哪方面的说法才是真的。现代物理学一方面承认运动粒子又有更多的质量,另一方面又坚信粒子的量子性,或者说不可分性质。一方面在设想深一层的物质层次-quark,另一方面又信誓旦旦的阐明来自实验的无可怀疑的结论-电子是点粒子,不再可分。可是,正负电子碰在一起转化为光辐射,这是不是表明电子的可分解性质呢。因此,仔细想来我们又有什么理由阻止人们进行粒子也是动态的物体这样的猜测呢?
关于高速运动的粒子有无质量增加,怀疑精神值得鼓励,我也怀疑过它好长时间。不过如何利用好实验物理学家的专业实验,这里是有文章可以做:1、我们不可能自己去重复前人的专业实验,但是科学不能全靠猜测。所以如何分析利用这些前人的实验成果为我所用,使我们的思想少走弯路,这一点很重要;2、现代物理实验资料都是通过书籍间接地传到我们手里,辨别真伪又非常困难,所以理论上的补救办法是,需要我们全面地考察我们能够得到的近代物理实验资料。关于物体的质量是否与其运动速度有关?当然至此仍然不妨假设物体的质量与其运动速度无关,但是,不管你或我持有什么的思想出发点,在这个出发点之上如果能够圆满的解释诸如回旋加速器中的被加速粒子的回旋周期延长这类实验事实的话,什么样的假设都是可以考虑的。在相对性理论产生之前,这类现象中,运动电荷的荷质比减少就已经被人们发现。当然可以认为这些实验说法值得进一步探讨,不能排除认为运动电荷的荷质比减少是由电荷量的减少所致。但是有一点结论是应该引起注意的——贝托齐这一实验现象指出,加速后的电子打在铝板上产生的热量 >> 电子的牛顿力学动能 。高速运动电子的质量我们不妨可以怀疑,但是高速运动电子的能量可以大大的增加这一点好像没有什么值得怀疑的余地。如果我们认为有限的质量理论上不可能携带无限的能量,那么,我们还是应该假设运动粒子拥有更多的质量。
也许读者们还是不理解,运动的粒子它的质量为什么会增加?也许,在问这个问题之前,应该问这样一个问题,是什么东西改变了粒子的运动?是什么东西把粒子推向高速的运动?也许你会说,推动物体的运动不是说是力么。力学是这么说的,力是物体运动改变的原因,推动粒子的加速运动是叫做电场力的一种力。可是,力又是什么呢,电场力又是什么性质的力呢。力学里关于什么是力是这样解释的,力是一个物体对于另一个物体的作用。其实,这一表述是不详尽的,本质上说,力是物质分布对于物体的作用。电场力是构成电场的光子素分布对于电荷的作用。你不妨可以这样来做形象的理解,力可以随你的想象力喜欢,比如子弹对于木块的作用,或者雨对于伞的作用,或者风对于树的作用。那么,你是否认为,雨打在伞上不可能不把伞不打湿,或者子弹加速木块,子弹也有可能留在木块里,导致木块作为一个运动的和动态的物质系统的质量增加。当然,实际的问题可能比我们想象的模型要复杂得多。一个物体的质量与其加速的经历无关,而与其相对于系统的运动速度相关,这一问题彻底的形象解析图景也许还得有待于以太空气动力学的发展。但是,其实只要我们不把物体想象为处于真空的环境之中,不把力理解为抽象的作用和理想的作用,一个物体的质量为什么会变化这一点是不难解释的。一个物体当其质量变化时,不管是获得质量还是失去质量,都与其现实环境密切相关,质量的增加来自于环境,质量的损失也是返回于环境。
至此,我们可否因此总结出天地宇宙中没有固定不变的物体,以及即使锁在箱子里的砝码也会失去物质和收获质量——物体的动态性。锁在箱子里的砝码也会失去物质和收获质量?当然,这个说法可能不是马上就可以理解到的,但问题在于读者如何看待近代物理学中的非常物象。如果一个人坚信近代物理发现的诸如高速运动粒子的质量增加现象是可以值得信任的,那么你最终将可以接受锁在封闭箱子里的砝码也不是固定的物质系统这一观点——
运动粒子存在着质量增加,在物质运动的系统性观点里,认为这是粒子相对于系统的环境运动所致。如果这样,我们箱子里的砝码会不会因于地球在太阳系里的运动变化地球质量改变而分到一份质量改变呢。地球系统世界的质量改变,会不会影响到地球系统中的每一个物体?这一点我们必须考虑,如果地球系统世界的里的每一个物体都保持原有的质量,而认为系统的总体质量却在减少这是不可理解的。如果我们一方面承认相对于地球运动的粒子存在着质量增加,另一方面又否认地球系统可以由于相对于太阳系的运动变化而增减质量,这显然回到地上一套物理学天上又一套物理学的历史错误。当然,类似的错误现代物理学中依然发生,但这不是我们的观点,这类观点虽被现代科学堂而皇之地坚持,但必定有背于科学的统一性精神。比如人们认为微观世界的物理规律是和宏观世界是不同的,这就是一个例子。面对困惑的物象,人们强调各个领域物象的特殊性,我想其本质原因无非是,一方面可以为物理学为什么没有统一的物理学开脱责任,另一方面可以为局部领域的规律上升为普遍意义的规律创造意识形态上的理由,我想仅此而已。难道我们真的会相信,粒子的波动性是表明微观世界的物象不服从惯性定律的约束!当然这方面的事情是这里的题外话。箱子里的物体也会失去物质或者收获质量,这主要地是地球不是一个恒定的物理世界。也许,有读者会问,箱子里的砝码质量会变化,能够观测吗。的确,如果从观测的这么多,可以认为就是这么多,观测不到质量的变化就认为没有质量变化。那么,我们只有回到实证论的相对性理论。但是如果你能够理解世界的膨胀实际上我们是无法观测的这一大小相对性原理(即彭加勒相对性原理),那么世界的增重我们也是无法观测的。
如果大家迷惑,箱子里的砝码是如何失去物质的,又从哪儿收获物质?大家应该明白地球也不是飞行于清晰的太阳系空间里,而是飞行于太阳系的引力物质分布环境里。地球牺牲自转以推动公转的时候,将牺牲地球系统内部每一个物体的一分比例质量。这种牺牲将不是我们将物体锁在箱子里就能够幸免。其实箱子又算什么致密的材料呢。如果你已经想起了 Rutherford 的原子模型,你可能不会怀疑,原子构筑的钢铁材料,其实比鱼网可能还要稀疏不止多少倍。即便是钢铁箱子也不过是渔民养鱼的网箱似的东西而已,又如何能够虾米不漏呢。其实,引力是一个具有绝对穿透力的东西,引力物质分布是一个理想的气体,和理想的渗透体。正是引力物质分布的这一性质,决定了物体只能作为一个运动的和动态的物质系统而存在。
当然,如果我们一开始就坚信万物源于气聚,万物皆为变化之中,亦可分化归于原气,物体是一个运动的和动态的物质系统也就自然可信了。
关于动态物质系统的质量增加,正像很多人们指出的,高速粒子的质量增加是可以理解的,但是从粒子的参照系上看认为地球系统也存在质量增加现象,肯定是没有的。运动粒子可以从加速器的加速电场中吸收质量,可是,加速器不会因为其内部粒子的运动变化从什么外部地方吸收质量。即使从观测意义上讲,我们可能也会观测到相对运动的地球质量的增大,但因此认为物理世界的确存在相对性理论所说的参照系平权情形,我们认为这是不对的。这方面的事情将在物体的相对性一节里,我们还要继续讨论。
从朴素的观点上讲,物质不会凭空产生,所以,千万不要认为汽车运动以后汽车的质量会增加。外力导致的动态物质系统的质量增加,是运动系统吸收环境质量的一种结果。消耗系统内能获得的外部运动不会导致系统整体的质量增加。而且考虑火箭喷出气体造成的质量损失,火箭卫星系统的总体质量是越来越少。
3、物体作为动态物质系统的动态质量
实际上物体的动态质量与物体的加速历程无关,而与物体相对与系统的运动速度有关。所以,把运动物体的质量增加解说成是物体吸收加速物质的结果,不是很符合实际的。根据对许多物象规律的考察,物体的动态质量函数为:
与相对论给出的质速方程形式上相同。相对论能够给出一些比较符合实际的规律,这一点是无可否认的事实。这也是这一理论赖以存在的基础。现在我们不是讨论这方面的问题。我们关注的是这一函数式的可靠性。从严格意义上讲,实验是否完全表明这一规律的正确性不是不可以打个问号。其实,高速领域速度是不容易被测量准确的。不过,相比而言相对性理论这些式子中,质量方面的规律比较靠得住。也正因为这一点,很多地方用这一关系式来校核粒子的运动速度。另一方面,根据 Compton 效应也可以反证这一公式的合理性。
5、物体的相对性
物体的相对性问题是在研究形象物理的数学原理过程中作为数学过程的推论意外发现的。
一个行星系统比如地球和月球构筑的系统 M 0,假定原来在太阳系统中处于静止状态,月球质量 m 0 ,月球环绕地球的运动速度为 v 0,月球离地球之间的距离为 r 0,然后这一系统被加速到以速度 u 运动。根据形象物理的数学原理月球环绕地球的运动速度变为
,
其中 cS 为太阳光速。月球离地球之间的距离变为
地球与月球构筑的系统质量变为
,
其中月球的质量变为
。
验算月球环绕地球转动的角动量是否守恒,即是不是 m v r = m 0 v 0 r 0 ,
,
m v r > m 0 v 0 r 0 。
这里肯定存在错误的地方,因为在这个过程中系统没有角动量增加的外部理由,系统在大系统中从没有运动到以速度 u 运动,应该保持角动量守恒,即
m v r = m 0 v 0 r 0 。
问题到底哪个地方搞错了呢?运动物体的质量增加和内部运动的变慢是肯定没有问题的,比较容易遭到疑问的是,行星系结构的系统运动状况改变以后,其长度是否真的存在变化。不过,运动物体内部运动减慢的程度是有限度的,根据动量守恒的要求,运动物体的质量的无限制增加推导的结果要求运动物体的长度做相应地缩短,不过这又回到了某种相对性理论的结果。但问题是这样的结论又势必导出运动物体内部转动变快的不如意结论。从运动物体的内部转动变慢,我们必然导出运动物体增长的结论,而这一结论又势必导致得到运动物体转动角动量增加的怪论。有时想来,相对性理论的变换函数能够满足角动量守恒的要求,但是我们原本的努力目标是走出相对性理论,怎么能够又回到相对性理论呢。何况相对性理论的速度变换肯定与实际的情况相差太远。
这个问题困扰了我很长的时间。这个问题无论如何是要解决的,如果这个问题不解决,形象物理的数学基础就存在很大的漏洞,理论也就没有信服力。后来在排除了各种可能的猜测以后,我确信这个问题的症结是运动物质系统的物质增加并没有分给内部的各个组成部分。在这里地球系统运动以后,地球系统的质量的确是增加了,但是围绕地球转动的那个月球并没有获得质量增加,而事实上,在整个地球系统获得质量增加的时候,那个围绕地球转动的月球它的物质数量反而减少了。
这里引出一个关于物体相对性的普遍性问题。这个问题形象地说,以地球为例存在这样一个有趣的问题,参加公转的地球和参加自转的地球可能不是同一个地球。地球系统中有一部分物质跟着地球跑,而不随地面转。这部分物质随着系统在大系统中的运动增加而增加,而参加内部运动的物质则越来越少。
根据角动量守恒,推导自转地球的质量
m1 v r = m 0 v 0 r 0 ,
地球的公转质量
由此得到地球公转质量与自转质量的关系
。
物体的相对性结论是作为形象理论的数学推论而发现的。这一结论可以方向性地解释所谓宇宙空间的暗物质问题。不过回想起来,物体的相对性问题在古老的物理问题方面也可以注意到。引言中提到飞机的重量和飞机的质量问题,所说的就是一个有关于物体的相对性问题。飞机的质量和飞机的重量所说的可能不是同一个物质集合体。公转的地球与自转的地球也不是同一个地球,公转的地球其实包括了月球。物体在不同的时刻其构成物体的物质成员的变化是物体的动态性问题,物体在同一时刻以其不同物质成员参与多个动力过程则是物体的相对性问题。这些问题不是新近才提出的问题,但是注意到这方面的问题是物理的普遍性问题则是形象理论的新颖论点。形象理论认为,任何物质系统都是动态的物质系统和相对的物质集合体。应该注意飞机的重量和飞机的质量其实是两个不同的物体以及应该注意此类的物理普遍性问题。
物体是物质的聚集体,如果你同意,我们可以把它比喻成物质的军队。我们也可以根据军队的一些道理来理解物体的相对性质。中国的抗日时期,张学良在坚持内战为先的蒋家军事集团中表现为一个不愿打内战的将军。这个情况在物理学的物体问题中也类似地存在。即并不是所有参加外部整体运动的物质都参加了物体的内部运动。
由于我们首先注意物体的问题,这容易导致人们对于物体的物质构成问题的忽视。另一方面,人们为了追求事物模型的简单性,常将物体问题看作一个简单的对象,很多人们喜欢使用 OBJECT 一词足可以说明这方面的问题。
6、物体的群体性
其实物体存在于物质环境之中,有如人生活于地球空气之中和鱼儿生活在水中。
我们都可能听说过人体如果突然失去大气压力将会发生什么事情,但是好像从来没有人担心如果将一个物体突然置于真空之中将会发生什么事情。其实,一个物体突然放入真空之中,它应该将会自行炸毁。