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2014-05-12
爱因斯坦特有的知识结构(马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何),决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷,就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同,于是,作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了(相对性)。不得已,马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性(保持性)与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发,又发现了等效原理,但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空,只不过是用“运动”(还是光运动)角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法,其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了“光速”的弯曲时空还有力学意义的话,与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述:一个是以广义惯性“运动”的角度的描述;一个是以广义惯性“力”的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义,正是中心结构的ρ非均匀空间(重力场)的经验性的描述。终究是“描述”,都不能代替核心命题性质的“表述”。没有明确的命题表述,其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由“思维”实验得来的,且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象,爱因斯坦在具体计算其偏转角度时,实际上是“非常谨慎地用惠更斯原理”([5]第23页)。而惯三律所依据的“低速“等效原理,连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别,因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以,任何脱离与回避“低速”等效原理的力学理论,肯定是不会成功的理论,因为其现象普遍存在于客观世界,且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对“光”情有独钟,也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾:“产生”引力场的中心质量(中心物体)必须很大,而体现弯曲时空(引力场)作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要,这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而“光子”正好是最小的物体,也就回避了这个矛盾。只有“整体天体才产生重力场”的结论,才可以解决这个矛盾。
引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题,来源于爱因斯坦。引力已经不存在了,当然“引力”波也不存在了;如果重力场有边界,重力场就与电磁场不同,当然引力“波”也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的“黑洞”,黑洞不存在,因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于“引力”;如果是由于“弯曲时空”原理而导出的“黑洞”,黑洞也不存在,因为本来弯曲时空是由光线的弯曲(光子的广义惯性运动)而规定出来的,反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的,这是什么逻辑?如果光线在重力场中有红移效应,那么,由此原理而导出的黑洞,黑洞有可能存在。引力都不存在了,也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的“大统一理论”仅剩下“引力”没有被统一进去,也正说明了这个问题。
二、ρ空间概念
(一)场
电磁波的发现,为物理学带来了场概念。仅作为数学意义的场,是具有结构的空间,而作为物理学意义的场,当然是具有物理意义的且具有结构的空间了。从逻辑学角度,由于场具有不依赖负荷者的存在与否的性质,所以,场是本体概念(不一定是物理学中的实体才叫本体)。场作为非质量因素的“物体”,没有力学中质量的物体的作用特征。场的作用性是:某种物理性的场使其场内的物体能够表现出相应的自身属性。“力场”是使其场内物体在体现其自身属性时,其物体对其他物体的力作用,而不是场本身在对物体有力的作用。重力场的作用涵义就是在物体相对场(参考物为中心物体)的平动状态或非“自由”加速运动状态情况下,该物体对其它物体的广义惯性力的作用。原来力的作用观的主动作用“力”与被动作用(物体)的关系是绝对的(虽然还说是相互的),而场的作用观则是场内物体由于自身属性对场有主动反映。这两种作用观是不相容的([6]第92页)。“引力场”概念本身就是这个“不相容”的混合体,从而造成了理论思维的混乱。没有这两种作用观及本体性场与关系本体性场的区别认识,则其理论思维是混乱的。只有本体性的场,才能逻辑定义关系本体性的场,才能有清晰的认识。
对场本身不宜过多深究。之所以对场感觉玄,还要深究,其原因往往也是由于总想回到力作用观的理解下才觉得“塌实”的一种心理趋向。只要能测量及描述之就够了。重要的是,要深究场源物体产生场的物理机制与对场有反映的物体的物理属性及其物体在场内怎样表现其属性的内容。麦克斯韦方程、无线电台与收音机这三要素,就已经意味着深究了该特殊电磁场的所有方面。
(二) ρ空间与能
ρ场与势场都是标量场(本体性),是说明ρ场概念的内涵中还有“势”涵义。也就是说,物体与中心物体通过重力场有“能”的关系。在天文学领域,许多人在运用引力定律时,已经以中心天体为势场中心的角度来计算了。从熵的角度(不是狭义的热力学中的熵,而是耗散结构理论中的熵):ρ均匀空间(原来称为欧氏空间、牛顿绝对空间与平直时空)则是能量为零的熵空间;ρ非均匀空间是具有能量的负熵空间。也可以说,广义惯性就是物体通过某种运动状态来保持或主动改变某种运动状态来达到其内部熵状态的一种属性。所以,用熵与负熵角度来区别由广义惯性引出的两种空间,才是其区别的本质。通常说质量(仅指宏观物体质量)也具有能量,其真正的涵义应该是物体内部的负熵能量,质量是其负熵能量的“和”。物体内部的负熵状态,除了静止在重力场中的情况外,一般都是随机的及暂时的。而作为“恒定”的重力场(包括质量部分的整体天体)这一中心结构的负熵空间,正是有序结构空间,也正是整体性空间。当把重力场这一特殊的空间变为具有负熵意义的空间时,其内容将要与物理学分道扬镳了。物体内部负熵空间的产生原因,来自其外力或自身的动能或其外部负熵空间。而不能化为物体内部空间的重力场,其产生及维持的原因则是未知的。但整体天体产生重力场这一经验命题,毕竟大大地缩小了寻求其原因的范围。而“引力”的认识,反而以为不存在其原因了。在这里要强调一下,ρ场仅是力学中的抽象概念,ρ场包含物体内部的空间及重力场,重力场是特殊的ρ场。
(三)作为基本概念的ρ空间
为什么ρ空间姗姗来迟呢?就是由于从经验层次的现象(已经归纳的现象)再变为抽象层次的基本概念的过程,是人们最不习惯的过程,总不容易摆脱“具象”。之所以不习惯,其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式,即使有了“具象”也看不到其抽象意义。而由抽象变为“具象”的过程,那可容易多了,但也往往“具象”出来客观世界不存在的东西。
从逻辑学角度,基本概念是不能被其它概念来定义的概念,其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此,只能用“感觉”到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之,但又不是压强梯度本身。“真空”是具象空间,真空里照样存在“重力场”的ρ梯度值的有否,可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象,不能变为一个基本概念,也是爱因斯坦的“一无所有”的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一,而用“运动”规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是:物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间,也是爱因斯坦晚年醒悟的“物体具有空间广延性”的涵义;而重力场空间不仅包含质量部分(整体天体)的空间,也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为“一无所有”的无边界的抽象参考系而带来的“相对”不清的问题。总的说来,ρ空间仅在数学形式上是标量场(其梯度为矢量场),但在物理意义上,则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。
三、惯性力学及其例题
在中学教材中,加速度可直接用一个字母来表示。ρ梯度与加速度一样,也可直接用一个字母来表示,设定其字母为P,其物理单位名称为“坦”。为了遵从现在教科书的习惯,力的物理单位仍用“牛顿”。那么,广义惯性力定律需要乘上量纲系数k,运动定律需要乘上k的倒数。在计算习题时,可设量纲系数为1。物体内外空间的ρ梯度,以下简称内P与外P。惯三律可以改写为以下形式:
①广义惯性定律:物体总保持其内部的ρ均匀空间时的运动状态。
②广义惯性力定律:F=kmP内
③广义惯性运动定律:P外-P内=1/k×a
标签:物理学论文
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