爱因斯坦说过:“牛顿力学是整个物理学的基础,同时也是近代科学的基础,如果没有牛顿力学也就没有现代科学。”亦应指出,牛顿力学的深层缺陷正制约着物理学的新进步。
众所周知,牛顿力学创建于自然科学搜集整理经验材料的后期阶段。因受形而上学思潮影响和英国传统经验主义熏陶,加之低下的科技水平制约,牛顿认定绝对时空中由同质原子组成的万物,其力学联系仅是线性作用关系。这样,宏观复杂世界被视为平行直线式的大一统体系,从而消除了不同层次间不可化约的非线性作用关系。这种机械论自然观,派生出经典力学推崇的二质点作用模式,即多体问题都可化解为几个二体问题分别处置,然后把所得结果叠加起来即得整体结论。正缘于此,牛顿运动三定律和万有引力定律,以及由第二定律推论出的力的平行四边形合成定理,都是基于上述自然观和方法论的物理学线性规律。
牛顿的时空观源自人类自古以来的社会实践。在世代因袭且习以为常的世俗生活中,一起眏入眼帘的太阳和地面物体,如同合影照片一样公认为是某瞬时共同存在的写照。真实情况则是太阳乃是8分钟前的位置。即我们看到的图像是不被公众习惯认可的存在时间差别的拼合照。由此可洞悉世俗时间观的潜意识公理:宏观世界的可见光背景,被设定为各向速度无限大且沿直线扩张的绝对参考系。其空间形式,是世俗空间观通常采用的笛卡尔坐标系。不难看出,若无上述公理,我们就难以在此坐标系中画出某瞬时有距离差别的两个物体的精确位置。正如黑格尔所言:"凡是存在的都是合理的"。上述公理虽不科学,但却非常适合世俗生活,因为它与人类存活状况和大众实践水平相契合。至此似可断言:空间各处的光速无限大且沿直线传播,是牛顿力学的一个不曾言明的必备预设。
在牛顿力学中,万物的质量与其物质构成、存在方式、运动状态及其环境因素无任何关系,它们具有完全相同的力学性质。照此观点,研究太阳对地球的引力现象,立足日地月系和局限于日地二体,其结果不会有差异。显见,从现代复杂系统演化论看来,这种浅薄的形而上学观点,是三百年前打在力学开拓者脊背的时代印记。
考虑到日地月是力学作用紧密体,地球是多个活跃圈层交互作用的复杂体,我立足日地月系考察地球上部圈层的相互作用,从中推出作为三体系统质的一系列新结果。详见http://blog.tech110.net/?24431中《地球动力学创新结果简介》。其中揭示日地月两级复杂系统在演化过程中,不仅存在对抗万有引力的三体动力学机制,而且存在地绕日运动所必需的轨道切线力。地球从近日点到远日点的前半周,此力顺地绕日方向,后半周逆地绕日方向。地球1千克质量受此力的极大值约为百万分之5牛顿。
单看日地二体,地球仅受日引力就只能作自由落体运动,而绝不能形成地绕日的椭圆轨道。按照开普勒行星运行第二定律,地绕日的轨道速度的量值和方向随时而变。由牛顿第二定律知道,实现地绕日轨道的变速运动,非有一与之相应的作用力不可。既然如此,那么“造成行星轨道的未被说明的切线力”(人民出版社1972年版《马克思恩格斯选集》第三卷第449页)在哪里? 由牛顿第一定律知道,地球若只受太阳引力,在地绕日轨道切线方向上,地球只能保持静止或匀速直线运动。如果“这一神秘的切线力”(上书第495页)存在,那么与其对应的反作用力在哪里?让牛顿困惑不已的这一科学之谜,使其留下令人倍感崇敬的虔诚遗言:“没有神臂,我不知道自然界中有哪种力量能够引起这种横向运动。”“这样,重力可把行星投入运动,但是没有神力它就永不能投入圆周运动,象它们绕太阳运行那样。所以为了这个和其它理由,我迫不得已把这个系统的结构归之于一个有理性的动因”(转引自《光明日报》1987年7月9日阎康年撰文《关于牛顿科学思想的哲学评价问题》)。
众所周知,既然牛顿力学中只有接触力和超距力两种,那么上述切线力属于哪种力?它的施主花落谁家?如果没有与之对应的反作用力,那么牛顿第三定律的普适性岂不毁于一旦?如若存在,天涯何处覓芳踪?
由电动力学起家的狭义相对论,虽然否定了光速无限大的传统观念,但牛顿在其《自然哲学的数学原理》中表述的“运动的基本定理或定律”——其中第二定律的数学表达式为d(mV)=Fdt——只需把质量观念与时俱进为变量,则三定律仍然保持其普适性。
爱因斯坦用升降机的理想实验,获得了引力场和惯性场的等效原理,由此创立了广义相对论。由此可见,相对论并未否定万有引力定律,而只是从另一角度对其作出全新描述。
综上所述,牛顿力学由其历史局限所决定的线性本质,在相对论中并未被克服。而近百年来爱因斯坦的耀眼光芒,使人们对由牛顿传承下来的理论缺陷视而不见。这种状况势必影响当代物
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