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所谓“动能增量dEk”，指的是质点在借助外力做功过程中与环境交换的能量。根据质能方程，交换的能量多少可以用质量的多少来度量，因此质点的动能增量是个客观量（与质量的意义一样），应该不随参考系的改变而改变。然而，FdS（功）却是相对参照系的。从这个角度讲，一般情况下FdS和dEk之间不应划上等号，但是物理学规定二者相等（即FdS=dEk），并且这个“规定”是不言而喻的。在这里，我们有必要追究这个“物理规定”的理由来自何方。 一、王保新认为，FdS=dEk可以从牛顿运动定律、能量转化和守恒定律直接推导出来。经反复推敲却发现，王保新的观点是不正确的，因为FdS=dEk与牛顿运动定律、能量转化和守恒定律没有必然的逻辑关系。 二、 正和认为这个“物理规定”是个公理，不需要证明，也无法用实验来验证，它是个理所当然的东西。 但我认为，物理不同于数学，任何一个概念和见解（如上述“物理规定”）都要能为经验实践所验证，否则在物理学中就不应有它的地位。既然这个“物理规定”不是公认的物理定律推导的结果，又无法用实验来验证，它在物理学中的地位是可想而知的。 三、 无尘宗禅以“外力做功与质点与环境交换能量是同一件的不同表述”为理由来附和正和的观点。无尘宗禅像是不了解物理学史似的。就如，功和热虽然是对于同一件事的不同表述，但是功和热是不同的概念，功是过程函数，它的大小可以用运动定律推算出来，而“热“的多少必须用仪器来测量。前人经过无数多次实验才总结出热功当量定律。同样，外力对质点做功的多少可以用公式（1/2）mvv计算，但是质点与环境交换能量的多少却是要用仪器来测量。经典物理学连假想检测单体动能增量的实验都设计不出来，又何谈证明；况且，纵使一般惯性观察者认为FdS≠dEk，同样能够正确求解物理习题，并且不会与有关实验相矛盾。显然，“FdS=dEk”是物理学第三观念的东西。除非“禅师”等于“神仙”，否则不可能先知先验地知道FdS=dEk。 三、 马国梁认为，“物体的动能是相对的，但不是相对参照系的，而是相对于被作用的物体的”。实际上，单从计算角度讲，不能说马国梁的观点有错，而且这种定义也能为解题带来很多方便。沈健其也敏锐地指明，“就概念动能而言,它是相对于某个观察者的.这个观察者可以是某个参考系,也可是某个物体.也就是说,这样定义,它们有共用的动能数学表达式”。实际上，沈先生的话揭示了物理学中“动能”的真面貌：我们随意把质点的动能增量指定是依赖某一参考系，而不是相对于其它参考系，同样能够正解地求解相互作用的经典物理习题（其结论与规定FdS=dEk的结论一致）。 例如，若A、B两质点在室温下作非弹性碰撞后合成一体而静止，在冷却到室温的过程中将失去ΔQ单位的热能。设两质点在这过程的能量改变量分别为EA和EB（由同一参考系观察）。由于这个假想实验是理想化的，体系没有其他能量的转化，因此EA和EB为两质点原来的动能。由于能量守恒，则有 EA+ EB= -ΔQ （1） 我们仅用牛顿第二、第三定律、运动学方程和能量守恒律，则可以证明式（1）中的ΔQ是与参考系无关常量。若接受“Fds=d EK各系成立”这个假设，则EA和EB将随着参考系的不同而不同。如果随意把质点的动能增量指定是依赖某一参考系，而在其他参考系中FdS≠dE，我们也可以用牛顿第二、第三定律、运动学方程和能量守恒律来证明式（1）中的ΔQ 是与参考系无关常量 当然，马国梁认为“物体的动能相对于被作用的物体的”的观点是站不住脚的。它的观点与现在物理课本上所讲的动能公式一样，仅是从相互作用的实例中总结出来的，误导了不少人，最大的受害者就是爱因斯坦。 我的观点很明确：动能增量dEk与质量的意义一致，是客观的“物”，它不是相对一般参考系的，而是相对于特殊惯性系，即Fds=d EK只在特殊惯性系中成立，而在一般惯性系不成立。这样一来，特殊惯性系不仅是可定义，而且是可以用实验来测定。这里dEk是各系不变的量。 四、 在和满设置的“子弹穿墙”和“子弹穿大冬瓜”问题中，无论是假定FdS=dEk的形式参考系变换不变或是变，其结果都是相同的，就如（1）式中的ΔQ一样，各系相同。也就是说，若假定FdS=dEk的形式参考系变换不变，则dEk的变化由动量来补上（相互作用的双守恒）；假定FdS=dEk的形式参考系变换是变的，则dEk是各系不变的，因此不需要劳驾动量了，而两种不同方式解题都有相同的结论。这些例子更加说明了这点：用相互作用来验证单体的动能增量是无意义的。 五、 在“杯中开水冷却”的问题中，正和的分析是正确的，我很感谢正和的指点。热能是个内能，它的增加意味着杯中水的静质量增大，动能是个“外能”，它的增加意味着运动质量增大，这是不同的概念，重要的是，我们可以用多普勒横向红移实验把这两个概念分开来。 六、 郑姗姗指责我煞有介事把FdS=dEk叫动能定理，并且认为FdS=dEk仅是牛顿定律推导出来毫无用处的特例公式。我很不服！ 牛顿定律只能推导出FdS=d(1/2)mvv,但是没有上述的“物理规定”（公理化定义），如何知道Ek=(1/2)mvv（低速情况）。 况且FdS=dEk并不是毫无用处，相反，它在相对论中用处极大：按照牛顿定律和相对论质量公式，我们只能得到：FdS=d(m-m0)cc.只有把动能表达式FdS=dEk引入，才有质能方程ΔE=(m-m0)cc。 从另一个角度说，没有上述的“物理规定”，我们也推导不出洛伦兹变换及质量方程。但是我的《新时代的运动力学》中已经证明这点：即使没有上述的“物理规定”，ΔE=(m-m0)cc仍旧各系成立。 |