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致正和:物理学不允许第三类的观念存在
[楼主] 作者:吴沂光  发表时间:2005/02/18 23:30
点击:387次

正和先生好!

经过一番的争论,我们都有清楚,谁也说服不了谁。因为物理学与几何学相类似,如果某人承认公理是正确的话,他就不得不承认由此而导出的所有其他几何定理也是正确的。因为,对于一个完全按正常逻辑进行思维的人来说,定理的证明顺序是带强制性的。因此我们的分歧就归结到公理的来源上。

黄德明先生的置顶帖要求我们弄清相对性原理的来源,我认为是很有道理的。回顾相对论发展史,爱因斯坦把伽利略相对性扩展为相对性原理,其信念主要来自于下面几点:

1) 当时的测量及感觉没有发现伽利略相对性原理有问题。

2) 所有以太漂移实验的零结果。

3) 麦克斯韦理论的明显相对性。

4) 经典力学与电磁学的统一性。例如,不运用力学就做不成电磁实验,没有一个力学实验不和物质和电磁结构有关,等等。

的确,如果地球存在绝对运动,由于地球公转和自转,下一刻,再下下一刻,我们就处于不同的惯性系,但是人们一年四季都没有发现物理规律的不同。爱因斯坦是个假想实验大师,连他想不出可以用什么方法来确定绝对空间这个概念。根据实证主义的思想—— “不可测量的概念在物理学中没有地位”,从而摒弃了绝对空间的概念。

 

我们都清楚,牛顿力学视“动能增量”为客观的物理量,而这个量却随着参考系的不同而不同也是事实。奇怪的是,有关经典物理的文献却没有牵涉到这个问题(据我个人了解)。也许这个问题太庸俗了,成了人们思维的盲区也不是没有可能的。说来也不奇怪,经典物理学确实无法设计出测量单体动能增量的实验来,因此,动能定理的正确性在经典物理学上是无法被验证的。从这种角度讲,动能定理不是逻辑的结果,动能的增量也不是物理客体,而是第三类的观念,它本质只有通过去注意那些与外力做功(如碰撞实验)直觉性相联系的经验表现出来。

 

爱因斯坦没有注意到这个问题,不仅接受而且还发展经典的动能定理,这就引发了我们之间“客观”与“表观”之争。但是,物理学不允许第三类的观念存在,我们的争论只有以后的实验才能平息。如:

一对以速度V运动的正负电子,当它们湮灭后的全部能量收集到地面上的接收器中,经比较,就可以测出它多出的那部分能量ΔE,自然,ΔE就为正负电子相对地面的动能。实验目的不为别的,只为了验证地面上动能定理的可靠性,即ΔE是否近似等于(1/2MV2。虽然,这个假想实验很夸张,但是这个“夸张”有为尔后的科学实践所验证的时候 当然,即使和实验结果不一致,也不一定要把相对论废弃,尽管我们能找到同样简单的定律来代替它。这种不一致只是缩小了模型“充分有效的范围”。也就是说,即使绝对空间真的可测,它只是破坏了在运动力学中,作为相对论数学表述的基础的广义变换群所固有的对称性,让人感到累赘和痛苦。而且洛伦兹变换在特定条件下也是成立的。
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 [2楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2005/02/19 09:47 

回复:不存在悖论
你的问题实际是能量守恒问题,不可能出现悖论。在经典力学范围内所有定理、定律都是由F=ma和F=-F’推导的。如果牛顿定律在所有惯性系都成立,动能定理W=Ek2-Ek1也一定成立。
你的问题是:不同参考系看,对单体而言,动能的变化不同。这很正常,因为伴随动能变化的过程量功W也不同了。
你举的例子都不存在悖论。记住,单体动能变化而不引起其他影响是不可能的。当你变换参考系时要考虑其他影响,一点没矛盾。
如下面的例子(在非相对论范围内讨论,)
“一对以速度V运动的正负电子,当它们湮灭后的全部能量收集到地面上的接收器中,经比较,就可以测出它多出的那部分能量ΔE,自然,ΔE就为正负电子相对地面的动能。实验目的不为别的,只为了验证地面上动能定理的可靠性,即ΔE是否近似等于(1/2MV2。虽然,这个假想实验很夸张,但是这个“夸张”有为尔后的科学实践所验证的时候”
设电子质量m速度v相向运动。碰前在地面看总动能为2(1/2)mv^2.碰后总动能为零.前后动能差为2(1/2)mv^2.你站在一个与电子v运动系上看碰前总动能为4(1/2)mv^2, 碰后(电子对的质量为2m)总动能为(1/2)2mv^2前后动能差还是2(1/2)mv^2
 
 


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 [3楼]  作者:youngler  发表时间: 2005/02/19 11:48 

如果面临死亡的威胁,那么一根稻草也是好的,
    如果面临死亡的威胁,那么一根稻草也是好的,所以可以相信科学界面对困惑,科学界会接受任何观念。相对论就是这样一根稻草,因为与其它理论相比,连根稻草也不是整根的,科学自然选择了整根的稻草。什么相对性原理,如果 Galileo 是正确的,那么有一个推论,Galileo 坐在他的大船里,不仅是不知道船的运动,也不知道船的朝向方向。那么 Galileo 坐在他的大船里,是不是不知道船的朝向方向?显然不是,一个小小指南针就可以说明 Galileo 大船领悟的错误!

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‘形象的世界’讨论些什么东西?这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ 。
[楼主]  [4楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2005/02/19 14:27 

回复wbx.21,您误解了“动能增量”的意思

你的问题实际是能量守恒问题,不可能出现悖论。在经典力学范围内所有定理、定律都是由F=maF=-F’推导的。如果牛顿定律在所有惯性系都成立,动能定理W=Ek2-Ek1也一定成立。

//回复:实际问题并非您想象的那样简单。物理学与数学不同,任何一个概念和见解不仅要有物理意义,而且还要有可测性。

的确,如果F=maF=-F 在所有惯性系都成立,则W=1/2)(MV22- MV12)也成立。但是这仅是个数学表述,我们要搞清式中“(1/2)(MV22- MV12)”指的是什么?而动能增量指的又是什么?它们二者间是否存在区别?

现在,我们把质点的动能增量下个准确定义:质点在外力做功过程中与环境交换的能量,叫动能增量ΔEk,它是个客观的量,可以用热量多少来表示,也可以用质量的多少来表示。现在我们争论的焦点就很清楚了,即物理学认为可以用F=-F’和能量守恒定律来证明动能增量ΔEk=1/2)(MV22- MV12),我却认为它的证明用上了第三观念,即没有办法证明。如果您能证明的话,不妨写出来证我参考。

 

例如,汽车启动后以的速度为V,这启动过程损耗1升油,可以用(1/2MV2计算,而且(1/2MV2是各系不变的量(它只表示1升油的能量)。但是汽车启动是个复杂化的过程,其车轮与地面存在作用力F和反作用力-F’,根据动量守恒定律,地球有后退运动(减速),因此地球向环境辐射能量-ΔE,即F’做负功。又根据封闭体系能量守恒律,(1/2MV2= -ΔE+ΔEk,显然,ΔEk≠(1/2MV2

 

你的问题是:不同参考系看,对单体而言,动能的变化不同。这很正常,因为伴随动能变化的过程量功W也不同了。

 

你举的例子都不存在悖论。记住,单体动能变化而不引起其他影响是不可能的。当你变换参考系时要考虑其他影响,一点没矛盾。

//回复:您已经把“(1/2)(MV22- MV12)”的含义与ΔEk的意义混为一谈。

如下面的例子(在非相对论范围内讨论,

 

“一对以速度V运动的正负电子,当它们湮灭后的全部能量收集到地面上的接收器中,经比较,就可以测出它多出的那部分能量ΔE,自然,ΔE就为正负电子相对地面的动能。实验目的不为别的,只为了验证地面上动能定理的可靠性,即ΔE是否近似等于(1/2MV2。虽然,这个假想实验很夸张,但是这个“夸张”有为尔后的科学实践所验证的时候”
设电子质量m速度v相向运动。碰前在地面看总动能为2(1/2)mv^2.碰后总动能为零.前后动能差为2(1/2)mv^2.你站在一个与电子v运动系上看碰前总动能为4(1/2)mv^2, 碰后(电子对的质量为2m)总动能为(1/2)2mv^2前后动能差还是2(1/2)mv^2

 

回复:您说的“2(1/2)mv^2”确是是不变的量,它与上述的“1升汽油能量”同义。

 

[楼主]  [5楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2005/02/19 14:32 

纠正,不是您误解,而是现在主流思想存在这样的错误。
致正和:物理学不允许第三类的观念存在
 [6楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2005/02/19 15:52 

你说:"例如,汽车启动后以的速度为V,这启动过程损耗1升油,可以用(1/2MV2计算,而且(1/2MV2是各系不变的量(它只表示1升油的能量)。但是汽车启动是个复杂化的过程,其车轮与地面存在作用力F和反作用力-F’,根据动量守恒定律,地球有后退运动(减速),因此地球向环境辐射能量-ΔE,即F’做负功。又根据封闭体系能量守恒律,(1/2MV2= -ΔE+ΔEk,显然,ΔEk≠(1/2MV2"

我答:一升汽油不可能全部只变成气车的动能.并不是热机效率低的问题.因为否则它将违反自然界的另一规律:热力学第二定律即:机械能可以全部转变为内能,而内能不可能全部转变为机械能而不产生其他影响.所以你假设前提是不存在的.也就是说,汽车获得的Ek总是小于一升汽油产生的内能.你看看你上面的式子是不是有问题?

不管物理还是数学,增量就是后者减前者X2-X1.动量增量就是Ek2-Ek1.



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[楼主]  [7楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2005/02/19 16:35 

回复:我说的是理想化情形,即“内能不可能全部转变为机械能”的影响可以不计。此外

如果您反对这种“理想化”,我们也可以换质点碰撞的例子来讨论。我最想知道的是,用牛顿二、三定律及能量守恒律怎样证明:“运动物体状态变化时,能量变化量ΔEk一定近似等于1/2)(MV22- MV12

请不要回避这个问题!

 [8楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2005/02/19 16:57 

回复:单体动能变化而不引起其他影响是不可能的


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[楼主]  [9楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2005/02/19 17:23 

您的回答恰好证明了我的想法,即二者的相同是不可验证的,自然也不可证明,它是第三类观念的产物
致正和:物理学不允许第三类的观念存在
 [10楼]  作者:和满  发表时间: 2005/02/19 18:26 

请正和看具体问题:

 在经典体系内:

动能变化量有两种运算方法:

E2-E1=(mv2v2-mv1v1)/2      (1)

E2-E1=m(v2-v1)(v2-v1)/2    (2)

(1)的运算结果,不是各系不变的。(2)的运算结果,是各系不变的。按照“动能变化量各系不变”,(1)不可取,我们在应用时要取(2)。

可是在具体应用中,(2)与实验结果不符。例如,我举出的“大冬瓜”问题。按(2)运算要100个大冬瓜。类似“大冬瓜问题”这样的“连续贯穿”问题,在技术应用中很多,例如对什么样的子弹要多少,什么样的沙袋?对什么样的辐射,要多厚,什么型号的水泥?

按老办法,用(1)在S系内运算,能解决技术问题。现在按(2),解决不了问题。理论上再完美,有什么用?

在SR体系内:

在SR的应用范围内,SR的确好用。能量增量问题也不少。例如在“PP反应”中。使用SR可用三种方法运算:

1 “速度算法”。按速度关系运算。太烦琐。目前只作为理论训练时使用。

2 “伽玛算法”。“伽玛v”=1/SQURT(1-vv/CC)”,“伽玛u”=1/SQURT(1-uu/CC)”。是比较简易的方法。

3 “能量算法”。按碰撞前后能量守恒,求能量关系。再求出速度关系。目前技术应用中普遍使用的方法。

这三种方法,都有坐标变换,得出的结果都是一致的,并与实验结果相符。不会出现经典体系中的“(1)还是(2)”的问题。由此我们可以说,SR作为应用理论是可靠的。但并不等于SR不存在问题了。问题如下:

1 SR中的能量公式E=mcc,并不是严密解,只是近似解(见《物体的惯量与其运动速度有关吗?》。无论逻辑关系上多严密,建立在近似解基础上的理论,总是不算完备的。

2 SR与实验结果相符,都是与“相对地表静止实验室内”相符。在“高速实验室内”会是什么结果,我也不知道。运算结果各系等效并不等于证明了“各系平权”。因为我们无法判断是“协变等效”还是“逆变等效”。

例如,我最近才了解到,现代流体力学算飞机阻力时也有一套“相对论”,坐标变换后,运算结果也能各系等效,但是“相对空气参照系协变等效”的。

顺便谈一下“实验室参照系”这个概念。按目前的正宗理论解释,“与运动粒子同步的参照系”叫“实验室参照系”。我认为这个称呼很糟,“粒子系”就叫“粒子系”好了,叫“实验室参照系”干什么?很容易与“相对地表静止实验室参照系”混淆。

 [11楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2005/02/20 00:32 

牛顿力学和相对论中都没有动能或动能增量的守恒定律,S和S′系中的动能增量不同是必然的,吴先生的问题有点庸人自扰的味道。

 

牛顿力学和相对论中都没有动能或动能增量的守恒定律SS′系中的动能增量不同是必然的,吴先生的问题有点庸人自扰的味道。

牛顿力学中只有同一坐标系中的动能加势能的总机械能守恒,狭义相对论中的守恒量是动量-能量四维矢量,两个理论中都不存在动能守恒定律伽利略变换中速度可直接矢量合成,速度不同的SS′系中的能量不同是必然的。例如某时刻地球S′对太阳S的速度为V,月球对地球的速度为v,设vV方向相同。对太阳静止坐标系S中算出的该时刻月球动能1/2mV+v2比对地球静止坐标系S′中算出的月球动能1/2mv 2大得多,月球动能两系中相差很大难道会有什么问题吗? 这里没有消耗汽油或吸收光子,也没有变成热能的过程,纯是不同坐标系就有不同的月球动能,大家读中学时就知道了,谁为此烦脑过呢? 至于动能增量问题我们可以设在半月后的另一时刻vV反方向,此时S中的月球动能为1/2mVv2 S′中月球动能仍为1/2mv2,月球的动能增量对S系为2m Vv ,对S′系为零,动能增量在两系中也相差2m Vv ,这有什么好奇怪的呢? 谁也没有要求过动能或动能增量在速度不同的SS′系中相同。用洛仑兹变换取代伽利略变换求出的SS′系中的动能和动能增量也是两系的互不相同,正如吴先生的例子中算出的有3/2 mV2的动能差。这是因为动能和动能增量並不是洛仑兹变换群的不变量,动量-能量四维矢量才是不变量(或通常说的守恒量)。 吴先生提出的动能增量问题不知要说明什么? 若是想以此证伪牛顿力学或证伪相对论,那就是白费力气了,因为牛顿力学和相对论都没有要求速度不同的SS′系中动能增量相同。若是担心牛顿力学或相对论失效,则就有点庸人自扰的味道了。

 [12楼]  作者:wbx.21  发表时间: 2005/02/20 03:07 

什么第三类观念的产物,就是牛顿第三定律的另一种表述


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 [13楼]  作者:和满  发表时间: 2005/02/20 08:57 

我认为吴沂光先生提出的问题成立。郑女士讲的是...,而不是...。

郑女士讲的是“纯动力学运算时”牛力与相对论不会出现自恰问题。

而不是“动力学与热力学都考虑时”是否会出现自恰问题。

您能讲清楚,为什么汽车耗油一定要在地表参照系内运算,才与实验相符的理由吗?

沈博士提到要看“是哪个系中的地面”,意思就是看“具体作用物体”。但是,这样限定会导致两种运算方法:

一种是在地表参照系内运算,把汽车作为运动物体,这与实验结果相符。

另一种是在汽车参照系内运算,把地表作为运动物体,这与实验结果不符。

谁能在理论上说清,为什么不能在汽车参照系内运算?最好能附带解决我以前提的“大冬瓜问题”。

 [14楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2005/02/20 16:54 

无论是牛力还是狹相,S系中的动能和动能增量的定义值就不同于S′系中的,把热能加到动能中再来讨论S和S′系中的值是毫无意义的。

无论是牛力还是狹相,S系中的动能和动能增量的定义值就不同于S′系中的,把热能加到动能中再来讨论SS′系中的值是毫无意义的。

 

我不是说牛力与相对论的自洽,只是说无论是牛力还是狹相中动能和动能增量都不守恒,再把动能加热能合在一起的总能道会守恒吗? 伽变換和洛变换下单纯的动能和动能增量就不是不变量,SS′系中的动能和动能增量的定义值本来就是不同的,动能加热能合在一起的总能在SS′系中的值也一定是不同的,除非重新定义一个奇特的热能使之正好抵消SS′系中动能的不同,但也只能在热能与动能值相等的特例下做到,一般情况下无法用重新定义来抵消。何况热能是分子运动的平均动能不可再重新定义。您的两种SS′系计算动能的方法,用哪一种也不能用分子热运的平均动能来抵消宏观物体在SS′系中动能的不同,而且热能按分子运动的平均动能处理的话若不扣除质量中心的平均速度(只计及相对质心的无规速度的动能)也有和动能一样的比例的SS′系中热能的不同。所以比较SS′系中动能和动能增量以及热能加动能或动能增量是没有任何意义的,它只反映定义的不同,不涉及任何物理问题。当然,吴先生的提问也有价值,使我们在讨论中更明确了:无论是伽变换还洛变换动能和动能增量都不是坐标变换不变量。

 [15楼]  作者:和满  发表时间: 2005/02/20 20:30 

您进一步帮我理清了思路,谢谢。继续请教:

热能是分子运动的平均动能。的确,对热能使用这个定义,运算上与理论上就自恰了。一直到相对论创立,牛顿动力学都是与这个定义的热能联系的,不会由于各系平权出现“自恰”问题,只存在“普适”问题。

但是,我们如何理解近现代物理中,“真空绝对0度”之类亚分子层的温度?假如没有热能,又何谓温度呢?

请指点。

 [16楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2005/02/22 18:41 

光子能量折合成溫度就有2.7K微波背景溫度之说,但存在真空零点能和虛光子,真空0度似乎说不通.
光子能量折合成溫度就有2.7K微波背景溫度之说,但存在真空零点能和虛光子,“真空0度”似乎说不通.

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