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尊敬的中科院《物理学报》编辑部： 寄来《力与能的数理关系及能量守恒定律的修正》一论，敬希审阅并望代译速投相关国际学刊。（我已发布于西陆网站）。 此事可能与国家民族利益相关！ 致 礼 湖南宁乡理论物理研究者 黄其德 手机：13787419947 2007．9．24 谨以此论为中国科学竞争诺贝尔物理奖，敬希中国科学院审阅 ——题记 理论物理专论之八 力、能数理关系与能量守恒定律的修正 黄其德 二00七年九月二十四日 内容提要: 1、清除三百多年来“能”的概念与力、能关系中的混乱 2、“能”、“动能”、“动量”、“冲量”、“功”五个概念统一为“能”（与能量同义） 3、关于能量的计算 E=MV=F外t E转移=M(Vt-Vo) 4、清除能量守恒定律中的疏漏残缺与错误，重新表述能量守恒定律（分为七款） 关键词：内在力、外在力、指定性、不可穷尽性与不可计算性、绝对速度、能量环境，禁闭性与开放性。 前言 早在1999年，我就在《爱因斯坦相对论批判》一书中提出力、能、动能、动量、冲量与功的概念及相关计算问题，应该去除其中的蒙混和繁琐。因为要集中精力系统性地分析批判相对论，这件事一拖就是8年，今天才把我的研究结论公之于世。 一、 什么是“力”？力是物体间的相互作用，是一种双边或多边关系。力不能单独体现出来，力是物体产生加速度的原因，力的量纲是千克•米•秒-2，单位是牛顿，F=Ma(N)。莱布尼茨于17世纪提出的“死力”与“活力”概念，我将其定义为“内在的力”与“外在的力”。内在的力是指力作用的关系系统中诸物体都没有运动速度的变化，即没有能量的输出与输入。外在的力则是指力作用关系系统中诸物体均有运动速度的变化，即都有能量的输出或输入。 什么是“能”？恩格斯的论断没错，能与运动等同。但这定义尚不完善，应该加述：能是从属于物质本体的一种共有的属性，而不是物质本体的任何成分，不能脱离物质本体而存在。对于任何能，都必须指明是从属于何种物体。 怎样计算能量？因为能与运动等同，能量就是运动的效应的大小，决定能量（E）大小的因素只有两个，一是物体质量（M），二是其运动速度（V），所以一个物体的能量计算式应为 E=MV 量纲为千克•米•秒-1，单位可仍为焦耳（J）。 但是一个物体的能量之计算，是一个极其复杂的问题，例如一个物体整体地运动具有能量，但其内部物质结构有无穷层次，各层次中相对独立而又在相互作用中的无限多粒子，其不同运动状态与速度下的能量之计算，是人类永远不可能达到精确的，因此关于物体能量的计算，必须先有一种指定性，例如是指定计算物体整体的宏观运动之能量？还是指定计算物体内部结构中某种、某类、或某个粒子的能量？亦或是指定计算某一层次中所有粒子的粒子整体能量？如果没有这种指定性而笼统地谈一个物体的能量计算，那其实是很可笑的，在哲理上是把不可穷尽性当作浅薄的有限。 在有了上述指定性之后便可按E=MV计算物体的指定性能量了，质量的测量很简单，运动速度的测量是指即时速度，物体运动速度的测量数据可分为相对速度与绝对速度，相对速度的测量可以以物体之外的任何系统为参考系，参考系不同之下的相对速度一般是不相等的。绝对速度是指以被测物体自身曾经所在某定点为参考系。有了这种统一的参考系，所有物体的整体性的运动速度的大小便有绝对的意义，我们在计算一个物体的整体运动速度时，应该都用绝对速度测量法。这样，一个物体的整体性宏观能量的大小也是绝对的。 无指定性的物体能量之计算虽不可能，但人类的工程技术中关于能量的指定性计算仍然有科学的意义，这是因为我们的工程技术只需要某些指定性能量计算就够 了，外部与内部无穷层次的粒子运动一般对工程技术的能量计算影响较小或可以忽略不计。宇宙物质结构无穷层次中不同层次上的不同粒子运动速度，似乎有这么一个规律：人类视觉下的一般宏观物体运动状态与速度，恰好是人类最适宜的能量环境，宇观的突变性能量环境不适宜人类，但离人类所得以生存的时区很远，影响不大，而一般宏观物体内部层次的微观粒子高能环境恰好又处于禁闭之中。这正是人类所在时区能量环境的必然！ 能，可分为开放性的与禁闭性的。禁闭性的是指微观层次中粒子的高能即高速运动，被局限、禁闭在微观的区域之内，有如杂技中的飞车走壁是在一个金属网内表演。这种禁闭性运动是循环性的或振动性的。而开放性的能量局限较少，运动区域较大较自由。但我所谓禁闭性能量，与爱因斯坦所谓“内禀能量”毫无关系，他的所谓内禀能量是以超人与神明的资格去计算无穷层次中的无指定性不可计算性的能量，并且是物质消灭后的当量。 二、 什么是“动能”？固名思义是物体运动时所具有的能，与物体不运动时具有的所谓“重力势能”、“弹性势能”、或“分子势能”相对应，这“动能”的概念如同“女性妈妈”“男性爸爸”一样滑稽，能就是运动，不运动则无能量可言，“势能”的概念是违背“运动即能”的科学定义的，如同“男妈妈”“女爸爸”一样悖理，因此一切“势能”的概念应该废除。 什么是“动量”？就是运动的量，完全是能量的同义反复，也应废除。 什么是“冲量”？冲量=力*时间=Ft=Mat=MV，冲量也是能量的同义反复，也该废除。 什么是“功”？我说，“功”的实质是能量在物体间的转移，量纲原已与能完全一样。“功”的概念是多余的，亦可废除，用能量的转移代替，能量的转移是外在力作用的关系中进行的，外在力的作用引起作用系统中诸物体整体性速度的变化，速度变慢的输出能量，速度变快的输入能量，输出量与输入量均按下式计算： 设外力作用系统中的物体质量为M，整体性初速为Vo，力作用结束时的速度为Vt，则有： E转移=MVt-Mvo=M(Vt-Vo) 当Vt＞Vo，转移值为正，物体有能量输入 当Vt＜Vo，转移值为负，物体有能量输出 系统中诸物体总的能量输出等于输入 一个物体的绝对速度如果发生变化，则必有能量的输出或输入，也就是能的转移（即以往所谓做功）。 三、 以往的能量守恒定律的表述，有正确的一面，但更多的是蒙混，不严密，有错误。 （1）蒙混 A．究竟什么叫能量守恒？连能量的定义也因爱因斯相对论性质、能论而变得无法确定，守恒也早已名存实亡，代之以按相对论性时而大大增大、时而大大减小。任何物理教材都对什么是能讳莫如深，中国高中物理教材中迫不得已这样写道： 能是一个十分重要的基本概念，很难给它下一个简单的一般定义。 B．说能量可以“转化”。能就是运动，还能转化成别的什么？光能、热能、引力能、电磁能等等区别，仅仅只有传统性名称上的意义与运动形式上的有所不同，“重力势能”“弹性势能”“分子势能”“质量亏损”等等，都是运动“转化”为非运动，非运动又“转化”为运动的“转化”论的产物，如果硬要保留“转化”这一概念，就必须强调，再怎么转化也不过是运动形式上的变化，运动不能转化为任何非运动，任何非运动（例如物质本体）也不能转化为运动。 （2）不严密 能量有哪些范畴？如何守恒？ 以往能量的计算缺乏指定性。宇宙物体从宇观的、宏观的、到不可穷尽的微观渺观层次与体系中的无限多样性粒子的运动，也没有分层次范畴表述。是指宇宙一统性守恒还是也有区域性系统性的守恒，亦未作分析。 （3）有错误 错误主要有下述几个： 错误A、功与能的量纲既然一样，物体分明由静止到运动，却又说没有功。 一个立方体石块竖直向下掉进水里，只有对石块与地心连线上被竖直向下压动的水柱才做功吗？对横向被挤向四面八方和飞溅着的水的运动缘何而来？难道不会得出创生能量的结论？一个人肩挑重物走平路，说人对重物未做功也是同样。重物从静止获得运动，其能量何来？来自人体能量的输出。重物输入的能量等于其质量与速度之积，与路程无关，但人挑得越远能量输出越多，那是因为挑的路越远，转移到空气与地面的能越多。 错误B、说有“用力而不做功”的情况，如人用力推山岩，山岩没有在力的方向上移动距离不做功。人用力推山岩，分明是输出了能量的，付出的能量（E），等于人的用力（F）与用力时向（t）之积E=F外t 人的用力不是内在力而是外在力，因为在人与山岩的双边关系中，双方都有微观物质运动速度的改变。人的力气是什么？是人体内微观粒子或其组织的运动，在神经系统的调集下，通过人手与山岩的接触作用于山岩，导致山岩接触面上微观粒子运动速度的增加。假如大自然演化出的人的视觉辨认力不是如此的有限，这种微观动力学关系中的情景我们将看得清清楚楚，不计其数的人手外表的微观粒子犹如千军万马排山倒海般将山岩表面微观粒子之亿万大军击溃得豕突狼奔！无怪乎古希腊曾有一个思想家认为，人的可怜的视觉往往反成为思考的障碍，竟至这个思想家自毁其双眼视力。人体的力量直接来自体内微观物质的运动，而食物营养与新陈代谢的第一本质，是在生物化学反应中由ATP吸收食物中的高能电子而由AMP把运动速度已经消耗降低了的低能电子排出体外。 固然，也有力学关系系统中未做功的情况，即力的关系系统中没有物体运动状态（主要是速度的变化）的变化的情形，那就是平衡力。例如一个重物被一根固定着的绳吊住，绳与绳的固定物体、重物、地球这四方面处于平衡力系统中，均无运动状态的变化。彼此之间也就没有能量转移，谈不上做功关系了。 错误C、既说各种形式的能可以转移，又另搞所谓“机械能守恒”定律，“机械能守恒”是机械能不能转移的同义语，这个错误犯得太低级。在伦福德证明热是一种运动的所有实验中，几乎可以说都是机械能立即转移到能的输入物体（如炮筒）中去，镗工铣工刨工磨工的机械能的转移都是如此。 又说机械能包括动能与势能，这种说法中隐藏一系列悖理，前面已说了一些，这里不多论，留给读者去思考。 还有一个所谓动量守恒定律，字面上看来似乎没错，因为动量原来就是能量，当然守恒，问题是概念与分析上的错误。 设一个光滑的平面上的一条直线上放着相隔都不远（比如1米左右）的一个接一个的若干个质量相等的小钢球静止不动，用一个同样质量但运动速度很快的小钢球，从这直线方向上的一端去碰撞第一个小球，这第一个小球与运动着的小球碰撞后向同一个方向运动又去碰撞后面的，发生一连串碰撞的过程中，无论平面多光滑，又设直线上小球足够多，我们总会看到最后一个小球停下来无能再去碰撞按次序的下一个，哪有什么动量守恒？按以往，动量概念与机械能概念其实是重叠。实验可在两分钟内证明，动量大部分很快转移到微观很不光滑的承载面微观物质上与空气中去了，小部分转移为钢球微观粒子“内能”。设实验中两个质量相等速率相等而方向相反的两个小钢球对撞，碰撞后两球各自反向运动，最终也是停下来，能量的转移与上述实验一样。 动量守恒还强调“弹性碰撞”，而“弹性碰撞”只是一种理想性假设。物体表面硬度无论多大弹性形变总是有的，弹性形变已经是能量转移的铁证，而形变恢复是另一码事。 机械能守恒定律与动量守恒定律大同小异，都是误导，应该废除。 错误D、对所谓原子结构中“结合能”的误解。 裂变原子弹和聚变氢弹已经造出，其中有两个学术概念：“结合能”与“能量释放”。以往将结合能视为破坏原子核结构之后或结合成新核之时剧烈爆炸性能量的产生，其中能量守恒定律与能量转移的必要研究与阐述之所以尚留空白，原因是不自觉的能量创生观念。 所谓原子核结合能，应是原子核内的外在力系统中，禁闭性粒子的循环式或振动式高速或高频运动，而在一定条件下解禁为获得脱出能的开放性高速运动，如冲击波光辐射等，是为能量释放。对于裂变，这好理解，聚变的结合能又如何解释呢？ 以人工核能开发技术，要引发聚变，先必引发裂变。而裂变工作物质理当是放射性元素，现在一般是铀235，氢弹制造中，先由铀235裂变引发氘、氚裂变。原子核内粒子的循环性或振动性运动，不是均匀的，而是有一个动态性质心来维系禁闭性，当氘、氚分别裂变，两个动态质心的规律被扰乱，从而对离心力与脱出能的要求有所降低，并且两动态质心在扰动中失去独立性混合为一，但是这种扰动过程中解禁逃逸的粒子组分比例，大于裂变中的组分比例。这就是氢弹威力级别高于铀弹的原因。 人类如果用氘、氚聚变的解禁能制造更大的“扰乱”，可以使氦原子先裂变而后聚变，制造比氢弹威力更高级别的氦弹来，用于太空开发，或使撞向地球的小星体改变轨道。同时也可能做到受控氦——氦聚变。 以往能量守恒定律中必须修正之处主要如上所述。而我建议将修正之后的能量守恒定律暂分七款作新的表述如下： 第一款：能，如恩格斯所论“与运动等同”。强调能量只是物质共有的一种属性，而非物质本体的任何成分，也不能脱离物质本体而存在。若论能量，必须说明是从属于何种物体！ 第二款：能量守恒定律，是从实验数据出发的理论物理与哲学上的一种外推与认定，是对宇宙间所有宇观的宏观的与微观的物质无穷层次中无限多样性不可穷尽的粒子能量认定为总和守恒。但这种总和是不可计算的。而且因为一个粒子的结构也有无穷层次，其各层次无限性粒子各自的能量之总和，同理也是不可计算的，归结为一句话：一切能量计算都必须在指定性之下才能进行。 第三款：只有一个总的能量守恒定律，没有任何其它分立的能量守恒定律。 第四款：一个物体的指定性整体性（即不计内部层次）能量等于其质量与绝对速度之积，基本方程为： E=MV 第五款：物体的能量在外在力作用系统中必然发生系统中诸物体之间的输出或输入，即转移，基本方程为： E转移=M (Vt-Vo) 第六款：能量守恒就是运动守恒，任何非运动不能转化为运动，运动也不能转化为任何非运动，相对论性质、能论，将物质转化为运动，纯属把臆想臆造强加于科学。 第七款：以往所谓做功，就是能的转移。外在力的作用系统中，用力不做“功”或有运动速度之变化而不做“功”是悖理的。 这个修正性表述，时下不能再缩写，待世界物理学界取得共识之 后可以简化。 |