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六、“牛顿平衡”与“第一推动”的困惑 如在第二章第五节已经提过的那样，开普勒认为太阳时而把行星往外推，时而把行星往内拉，以致行星总是在接近“太阳”这个焦点后又远离这个焦点，使轨道变成了椭圆。在开普勒那里，太阳的“推力”与“拉力”在总量上是相等的，用了多大推力把行星推出去，就会再用相等的拉力把它拉回来，以保证行星维持在一个固定的椭圆轨道上。 牛顿提出“万有引力”定律之后，开普勒的“推力”与“拉力”就成了“引力”与“离心力”。内行星离太阳近，日心距r短，故太阳对它们的引力F就大。外行星离太阳远，日心距r长，太阳对它们的引力F也就小一些。但是，内行星绕太阳旋转得快，离心力－F也就更大，而外行星旋转得慢，离心力－F也就小一些。由于［F内大］=［－F内大］、［F外小］=［－F外小］的原因，就使得内外行星都能维持在一条固定的行星轨道上，我在下面把这个原理简称为“牛顿平衡”，即“万有引力”恒等于离心力（F引=F离）。 如果“牛顿平衡”成立，则需要两个必要条件：一是行星在公转轨道上运行时不能遇到任何外力，包括推力与阻力。二是太阳与行星的质量不能发生任何变化。如果这两个条件同时成立，则“牛顿平衡”成立，行星就能保持一条固定不变的椭圆轨道。否则，开普勒椭圆轨道就要变形，下面我们就来考察一番这两个必要条件。 1、如果“牛顿平衡”（F引 = F离）是正确的，行星在公转前进时不得遇到任何推力与阻力，若是遇到一颗大彗星从尾部撞上来，彗星撞击力就会把行星的原有轨道速度加快，导致离心力(F离)增大，“牛顿平衡”就被打破了，行星将在离心力增大的条件下远离太阳而去。当然，这种彗星撞尾的事件没有观测记录，可以不加考虑。 但是，实测已经表明，行星并不在绝对真空中运行，在它们的公转轨道上，有大量太阳风等离子气体、游离气体、太空尘埃、冰粒以及其它小型物块（流星），这些物质显然是行星公转轨道上的阻拦物，它们会对行星的公转构成阻力(F阻)。当把这种阻力考虑进来之后，就必然会打破原有的“牛顿平衡”，使F引＞F离－F阻。这就意味着行星不可能永恒地守候在同一个轨道层，而是不断越过原来的轨道，而向太阳靠近。 2、如果要维持“牛顿平衡”，太阳与行星的质量既不能增加也不能减少，因为它们之间的引力(F引)与它们质量m1、m2的乘积成正比（F引＝g•m1m2 / r的2次方）。可实际情况并不如此，地球每天都在接纳来自太空的陨星，尤其在陨星雨到来时，地球的质量m就在不断地增加，1994年7月，苏梅克彗星撞击木星，必然导致木星质量比原来的质量m有所增加。一旦行星质量m2增加，它与太阳质量的乘积就会增大，最后引起引力（F引）的增大，这就会破坏原有的“牛顿平衡”，导致行星与太阳相接近。 另外，因太阳每天把778亿吨的太阳风粒子流抛射到太空，太阳自身的质量在不断减小，与上面相同的原因，太阳与行星质量的乘积就会减小，引力（F引）也会减小，“牛顿平衡”被打破，导致行星慢慢离太阳而去。 在实际天文观测中，我们不可能知道哪一颗行星质量增加得快，哪一颗行星质量不发生变化，太阳何时耀斑爆发，向外抛出的物质增多，引起自身的质量大减，或在何时进入稳定期，维持自身的质量不变。因此，太阳与行星质量不变的前提条件是无法满足的，从而“牛顿平衡”（F引 = F离）是无法维持的。既然行星与太阳之间的引力与行星公转的离心力在不断变化，那么（F引）与（F离）中间的等号（=）必也会发生变化，时而变成大于号（＞），行星靠近太阳；时而变成小于号（＜），行星离太阳而去。这两种结果都会导致行星离开原来的轨道，使椭圆的圆弧被扯断，变成一条非开普勒轨道。 从行星运动的动力来源上看，近现代科学文献也没交待清楚。在哥白尼那里，行星在沿着一条圆周轨道绕偏心轴旋转，这只是描述了太阳系的运动现象，并没有提及行星运动的动力来源。在开普勒那里，太阳对行星“施加着某种影响”，即“推力”与“拉力”，但开普勒没讨论太阳所具这种力的来源与机制。牛顿虽然首次引入了“万有引力”与“离心力”，但在这两种力谁先谁后的问题上，犯了一个循环论证的错误，他一方面强调万有引力是由天体质量决定的，是天体本身固有的自然力。另一方面认为“离心力”是最本源的力，首先是行星围绕太阳转并产生了离心力，太阳的引力才与这种离心力达到平衡。若是行星不先围绕太阳运动，这种离心力就不会产生，也就引不出“万有引力”来与此平衡。 而行星为什么要围绕太阳运动呢？行星公转运动的最初动力从哪里获得呢？牛顿无法回答，只好把它推给了“上帝”，是上帝的“第一次推动”引起了行星绕日公转。当然，牛顿所说的“上帝”并不是那些教徒们口中所念的“上帝”，而是“必然”与“未知”的代名词。也就是说行星公转运动的第一原因是“未知”的，是受到了某种“自然力”的推动。 在康德、拉普拉斯的理论系统中，似乎用牛顿的“万有引力”赶走了牛顿的“上帝”，但正如前节所述，他们推想的星云前提同开普勒椭圆轨道是无法自洽的。布丰“灾变说”也是用牛顿引力来替代牛顿的“上帝”，但“日泥”随机断裂的间距无法说明提丢斯——波得定则，行星运动的动力机制不可能建立在这些“假说”的基础之上。 值得提起的是，爱因斯坦曾把太阳周围的空间理解为弯曲空间，行星运动的轨道应是某种“四维时空”中的短程直线，行星本来在按牛顿第一运动定律作匀速直线运动，只是让我们这些三维空间的人看起来在做某种椭圆轨道运动。笔者不准备对这种相对论解释进行评论，但有一点是清楚的，即使行星的运动是某种特殊空间系统中的直线匀速运动，它还是有一个第一推动力的问题，即是什么力量启动了这些行星走上了它们的“直线”轨道？爱因斯坦并没有给我们留下现存的答案。 因此，行星公转运动的动力来源问题是自哥白尼开始就遗留下来的老问题，不最终弄清这个力源问题，“牛顿平衡”就仍然是对开普勒椭圆轨道的现象描述，而不是最后原因。在没有彻底弄清行星绕日旋转的力学原因之前，就不能说椭圆轨道理论已经完美无缺。 第三章：椭圆轨道的疑难；六、“牛顿平衡”与“第一推动”的困惑； 《大螺旋》雷元星先生著，四川科学技术出版社2003年12月出版。 ************************************************************************ 隆重再次推出反伪求真惊世新型科普文著 http://puqingsong.forum.xilu.com/msg/puqingsong/m/62.html************************************************************************ |