關於《牛頓定律的修正與力的本質》的報告

關於《牛頓定律的修正與力的本質》的報告

艾薩克·牛頓

一、牛頓定律的成就與錯誤

牛頓系統地總結了伽利略、開普勒和惠更斯等人的研究結論,得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律,牛頓的《自然哲學數學原理》的出版,標誌著經典力學體系的建立。牛頓力學體系的建立直接推動近代自然科學的進步,併成為其他各類應用技術的基礎。經典力學在實踐上的巨大成就,推動了人類文明的進程,它在宏觀物理學的理論及應用方面所取得的成就是極其廣泛和輝煌的,甚至可以說牛頓就是推開現代工業文明大門的先驅!這對科學發展的進程以及後代科學家們的思維方式產生了極其深刻的影響,同時也為理論物理進步埋下禍根。下面就對牛頓三大定律及萬有引力定律重新梳理下:

首先介紹下牛頓對質量的定義:質量是物體的基礎屬性,是物質的數量,即物體含有物質多少的量度。牛頓在定義中給質量賦予了三個屬性:1、質量是正標量。2、質量是含有物質多少的量,不隨物體的形狀和空間位置而改變。3、質量的大小與運動狀態無關。在此三個屬性基礎上,牛頓通過實驗最終得出牛頓三大定力及萬有引力定律:

牛頓第一定律:任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用時,總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態,直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態為止。

牛頓第二定律: 物體的加速度跟物體所受的合外力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。公式表示: F=ma

牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一直線上,大小相等,方向相反。公式表示:F=-F'

萬有引力定律:自然界中任何兩個物體都是相互吸引的,引力的大小與兩物體的質量的乘積成正比,與兩物體間距離的平方成反比。 公式表示:

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萬有引力公式

然而,牛頓發現了萬有引力及牛頓三大定律,但沒有說明萬有引力以及力的本質。隨著科學的進步,實驗的深入,發現牛頓定律在微觀、高速運動狀態下,不再與實驗結果相符,牛頓建立的經典力學體系遇到了嚴峻的挑戰,但由於經典力學在宏觀上、低速運動狀態下取得的巨大成就,阻礙了後人去質疑經典力學定律,反而在牛頓定律的框架下對物理學中的基本概念進行修改,導致現代物理陷入循環定義的怪圈。

當在高速運動狀態下,牛頓定律不再與實驗結果相符時,科學家門不是去質疑牛頓定律的正確性,而是在牛頓定律的框架下,修改質量的定義,引入了慣性質量及引力質量:

慣性質量:物體的質量取決於相同物體的受力與加速度的比值,即:

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牛頓第二定理

引力質量:物體的質量取決於同一引力場強度下收到的引力大小,即:

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引力質量

1、牛頓定律循環定義的怪圈,即:由牛頓定律來定義牛頓定律中的基本綱量,然後又由這些基本綱量得出牛頓定律,如此循環反覆的定義,使得牛頓定律不再有科學的嚴謹性,變得隨意荒謬。如:任意定義

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隨意定義質量

然後就可以得出

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符合上述質量定義的力學第二定理

的定律,一樣符合實驗結論!

2、牛頓定律陷入唯心主義:因為牛頓定律對高速運動狀態下的實驗結果解釋為:當物體高速運動時,物體的質量是增加的,換句話說:運動產生了質量,尤其在解釋光子時,變成了運動產生了物質,光子因運動而存在,運動變為第一性!唯物主義跟唯心主義的根本區別就是對存在(物質)是否是第一性的回答,而牛頓定律居然得出物質因運動而存在,顯然屬於唯心主義陣營。

根據上面的闡述,可以看出牛頓定律雖然在低速運動狀態下、宏觀領域取得了巨大的成就,但其實牛頓定律只是在宏觀實驗的基礎上找到質量、力及運動狀態的相關關係,但並不是因果關係。而後科學家們為了使這種相關關係變成因果關係,引入了“慣性質量”、“引力質量”更使得牛頓定律變成隨意的、循環定義的唯心主義理論。現代物理學要進步,現有的唯心主義牛頓力學體系必須要推倒,而不是在牛頓定律的框架下修改,否則會讓物理學甚至自然科學將陷入隨意性很強的唯心主義!

二、修正力學定律

打破了舊的理論體系,必須建立新的理論體系。在建立新的理論體系前,先分析下牛頓定律為什麼錯誤,牛頓的經典力學在微觀、高速運動狀態下與實驗結果不符的根本原因。牛頓定律是關於物體的質量、受力及物體運動狀態的關係,而100多年前愛因斯坦在狹義相對論中給出了物體的質量可以轉換為能量,即:物質的就是能量。根據愛因斯坦的質能方程E=mc2可以知,物體的質量其實本質也是物體含有能量多少的一種度量,即物體質量的大小其實本質物體含有能量的多少,以下論述中把這種能量統稱為“質能”。

既然“質”“能”當量,牛頓的經典力學中,把物體的質能跟物體的動能割裂開來分別研究,得出的結論必然是錯誤的。在經典力學中,當物體本身所具有的動能遠遠小於物體的總能量時,計算所得結果非常接近實驗結果,由於牛頓當時的實驗條件及測量精度,當然不可能發現這個錯誤。但隨著科學的進步,實驗的深入,測量精度的提高,發現牛頓定律在微觀、高速運動狀態下,當物體本身所具有的動能佔物體總能量比重提高時,經典力學的結論不再與實驗結果相符,所以

研究物體的運動狀態與受力之間關係時,需要把物體的動能與質能等同對待。根據上面的闡述,可以得出如下結論:

力學第一修正定律:任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用時,物體的能量(質能、勢能、動能等)保持不變,且各種能量狀態的數量(質能大小、勢能大小、動能大小等)保持不變,即物體的慣性大小取決於物體的能量(質能、勢能、動能等)多少。

力學第二修正定律: 物體的加速度跟物體所受的合外力成正比,跟物體的能量大小成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。公式表示:

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力學第二修正定律

其中E表示受力物體的能量大小,a為物體的加速度。

力學第三修正定律:兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一直線上,大小相等,方向相反。公式表示:F=-F'

萬有引力修正定律:自然界中任何兩個物體都是相互吸引的,引力的大小與兩物體的能量的乘積成正比,與兩物體間距離的平方成反比。 公式表示:

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萬有引力修正公式

其中:E1、E2為相互作用的兩個物體各自的能量值, G為能量引力常數,需實驗測定。

三、力的本質

前面討論闡述了物體狀態與力之間的關係,那什麼是力呢?首先看看現代物理學對力的定義:力是物體對物體的作用。什麼作用?怎麼作用?作用的結果是什麼?這種作用的本質是什麼?這些問題在這個物理學定義中根本找不到答案!也就是說,現代物理學對力的認識根本就是一個模糊不清的概念。

根據力學第一修正定律可知,物體的狀態(質量、位置、速度等)體現了物體擁有能量的大小,物體的慣性大小取決於物體擁有的能量大小,而物體的慣性大小決定了物體狀態改變的難易程度,慣性越大的物體的運動狀態改變,需要越大的力或者需要力更長的作用時間與更長的作用距離;根據力學第二修正定律,物體狀態(運動)的變化率(加速度a)與物體受力大小成正比,而物體狀態(運動)是物體擁有能量多少的體現,可以得出物體能量多少的變化率與物體受力大小成正比;同時根據能量守恆定律,能量不能憑空產生,只能在不同物體或形式之間轉換(或傳遞)。由以上論述可得:

力的本質是能量之間的轉換(或傳遞)速率。

根據力的本質,力學三大修正定律及萬有引力修正定律也可以做如下的理解及表述:

力學第一修正定律:物體擁有的能量與外界不發生轉換(外在表現為物體不受力)或總轉換(或傳遞)率為零(平衡力)時,物體的擁有能量不變(外在表現為物體狀態不變)。力學第一修正定律本質為能量守恆定律的另一種表述。

力學第二修正定律:物體的運動狀態的變化速率(加速度)跟物體的能量總變化速率(所受的合外力)成正比,跟物體的能量大小(物體狀態)成反比,物體的狀態變化速率的趨勢(加速度的方向)跟物體的能量總變化的趨勢(所受的合外力方向)相同。公式表示: F=Ea 其中E表示受力物體的能量大小。力學第二修正定律本質為能量守恆定律的具體應用,即能量總變化量(狀態變化量)等於變化率(加速度)的積累。

力學第三修正定律:兩個物體之間的能量轉換(或傳遞)速率(作用力和反作用力),大小相等,轉換(或傳遞)方向相反,在同一處發生(一直線上)。公式表示:F=-F';力學第三修正定律本質為能量守恆定律的具體應用,即兩個物體之間發生能量傳遞,一個物體輸出的能量另一個必然是物體的接受能量,且輸出速率與接受速率大小相等。

萬有引力修正定律:自然界中任何兩個物體之間都發生能量轉換(或傳遞),能量傳遞的速率與兩物體能量的乘積成正比,與兩物體間距離的平方成反比。 公式表示: F=G

其中G為能量引力常數,需實驗測定。

結束語:1、能量是物體的基礎屬性之一,而質量只是能量的一種具體表現形式,力是能量之間的轉換(或傳遞)速率,而萬有引力及牛頓三大定律只是對能量之間轉換(或傳遞)的具體現象研究後得出的經驗公式,並不是物理學所追求的對世界本質認識、理解後得出的真理。

2、力是能量之間的轉換(或傳遞)速率,可以推廣至宇宙中存在的四大基本作用力

,即:四大基本作用力本質為能量之間四中具體轉換(或傳遞)形式的速率。如:物體間強相互作用力,現代實驗測定認為是四大基本作用力中最強作用力,其本質就是粒子間能量轉換(或傳遞)速率比其他三種形式的能量轉換(或傳遞)速率快而已。能量是物體的基礎屬性之一,宇宙存在的四大基本作用力統一於能量之間的轉換(或傳遞)速率。

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