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万有引力真的失灵了吗!
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提要
美国科学家质疑“万有引力定律”,中国科学家的反映是“基本定律”不容质疑。问题是“引力定律”是否是基本定律?基本定律又是什么涵义?基本定律就一定精确吗?
北京青年报2001年5月18日有一篇名为《万有引力失灵了吗?》的报道(见网站《当代物理——物理论文集》的“国外新闻”栏目),我看了此报道之后,有感而发此篇议论。我认为从表面意义上的角度,美国的科学家与中国的科学家的提法都对。实际上美国与中国的科学家都把引力定律当作了“基本定律”,如果不把它当作“基本定律”,美国科学家也就不质疑它了;既然是确定的“基本定律”,中国科学家当然认为不容质疑了,而要寻找其他的解释。[人的思维有一个缺点,一旦在现象事实方面有与原来理论有冲突(反常)的地方,为了保护原来的理论——也就是被科学哲学称为“范式或科学研究纲领”,就必然要寻找其它的理由来解释。]问题在于引力定律是不是基本定律,如果不是,那我们为什么把它当作基本定律来运用。
基本定律就是理论体系的“公理”定律,是思考的出发点,是逻辑的原始出发点——原始大前提,不是由其他定律推导出来的定律。而我认为引力定律不是基本定律,理由有二:
其一,牛顿力学理论体系的基本定律是其三定律。而其三定律没有包含“重力”方面的内容,作为“重力”方面内容的补充,不得不把引力定律当作基本定律来运用了。实际上,引力定律是牛顿三定律的(概念上的)“导出”定律,因为由于自由落体是加速运动,从其第一第二定律为出发点(牛顿力学理论真正的“范式或科学研究纲领”。一定要注意,牛顿第二定律是其第一定律的数学表达式。),从而认为自由落体运动的原因也是由于外力造成的,于是,就“发现”了万有引力。所以,引力定律不是基本定律。
其二,仅从引力定律公式产生的过程角度来看,在牛顿时代以前及同时代,其他许多人已经得出了“太阳系”(仅仅在此范围)行星公转的向心加速度依距离太阳平方反比分布规律(真正的经验公式,不是基本定律)。由于牛顿发现了地面上的重力(重力加速度)与“太阳系”中的卫星及行星公转的“向心力”(还是牛顿三定律的“范式”)是同一性质(是伟大的发现),(然而把此同一性质当作同一种“力”——错误的转化开始了。)再下一步,又依重力大小还与表现重力的物体(地面上的)的质量有关系,同时又把“平方反比律”人为“加”上了质量(中心质量,实际上是太阳的质量。),引力定律产生了。然后,问题又转化了,抛开了“中心质量”与地面上的“质量”的区别后,引力开始“万有”了。于是,在我吃饭的时候,我饭桌上的“烧鸡”与我也就有了“引力”(可不是因为我饿了,烧鸡对我有吸引力的“力”)。引力定律中的“平方反比律”本来是“宇宙”(太阳系)中的现象范围,就无形地被人为地扩大到了“一切”的范围,这是人的思维的错误。仅从此角度,就说明了“引力定律”仍是经验公式,不是基本定律。把一定范围的经验规律人为地无限扩大,有时可以产生“伟大”的发现,但是,同时又是风险极大的“发现”,非常容易造成极大的认识错误。这也就是科学哲学家波普尔“证伪主义”能够可以成立且有“用武”的地方。因为,我们人的思维的归纳(经验)语言(不仅仅是语言,也是认识。)一般都用“所有格”。
美国科学家说在宇宙尺度水平上,牛顿的“万有引力定律”就不再有效,也就是说“万有引力定律”存在局限性,只在一定条件下成立。实际上是说反了,“万有引力定律”恰恰是在宇宙尺度(太阳系尺度)上有效。在我们与我们饭桌上的“烧鸡”之间,恰恰没有一点“效”。有效不等于精确,因为“引力定律”是经验公式。引力定律仅在“九大行星”范围内“精确”(也不是绝对的),因为“平方反比律”就是由此得出的。在“冥王星”轨道之外,或在“水星”轨道之内,就不一定绝对按平方反比律。所以,“先驱者11”、“伽利略”以及“尤利西斯”等探测器偏离按照“万有引力定律”计算的轨道,是很正常的。如果把此“偏离”现象当作另外的什么莫名其妙的“力”在起作用,则是不正常的,这是我们思维的“不正常”。
经验公式不一定精确,是不是理论的基本定律就一定精确了?这要从什么角度来看了。基本定律是“人为”规定的,当然在理论内部是精确的了。但是,基本定律如果要运用到实践中去,一般的来说,必须经过“经验命题”这个中间环节,才能与现象世界建立“联系”,所以,同样不会是“精确”的。牛顿惯性定律是基本定律,产生它的“经验命题”是“同一质量同一初速度的物体阻力大则运动的距离短,阻力小则运动的距离长。”所以,我们把牛顿惯性定律运用到实践中去,就得通过此“经验命题”来与现象层次建立联系。因为我们不可能看到“物体在没有外力的作用下,永远地做匀速直线运动”。
说一千道一万,产生这些纠缠不清的问题的根源,还是由于牛顿力学体系本身的缺陷所造成的。在没有重力场的前提下,牛顿力学体系(牛顿第一第二定律;注:牛顿第三定律是力学体系定律,不受有没有重力场条件的限制。)才成立。在重力场的前提下,牛顿力学体系不成立。引力是对“重力”本质的错误认识。爱因斯坦认识到了“重力”的本质,但是又在“空间”的方面走了弯路,“就像他的光线在引力场中走弯路一样”,把物体本身的“惯性与重性”同一的认识,转化为抛开物体的“参考系变换”的问题了。我们必须把没有重力场空间与有重力场空间作为认识的前提,才可以捋清我们的思维。而有重力场空间的参考系是确定的,因为在重力场的中心都有一个“特殊质量(可不是什么引力质量)的”天体,这个“天体”就是确定的参考系。如果没有此前提的认识,我们的思维永远是在“逻辑循环”的怪圈中打转。比如:没有“特殊物体”(整体天体)与一般物体区别的认识,就会产生引力场是由于其中心“质量”,质量又是产生引力场的根源,于是,质量又是产生“引力”的根源,引力还是“力作用”,而“场”的存在又没有意义了。目前在此方面的许多争论与探讨的问题,都是毫无意义的,是在引导一些人消耗一生的精力或消耗许许多多人的精力。相对论把人们“相对”得晕头转向。当我们问一位幼儿园里的儿童,你数一数屋子里有多少人时,这个儿童就说有六个,实际上是七个,你就会笑话他,因为他没有把自己算进去。然而,我们在“相对论”的问题上,是在犯同样的错误。狭义相对论的光速不变(与光源的运动无关)的假设本身就是意味着有绝对参考系背景,否则,光速本身又是怎么判定的呢。当你在描述“相对”的时候,你别忘了你自己本身就是参考系,你自己本身就是一个物体。在这方面,可不像判断那位儿童的错误那么简单了,因为我们每个人在看别人的描述时,自己又不是“旁观者”了,也身临其境了。不要为没有绝对参考系而发愁,因为我们在客观世界里总可以找到我们需要的参考系。
我们为什么把“万有引力定律”当作了基本定律,就是因为牛顿力学体系(三定律)没有对“重力”有正确的认识,不得不把“引力定律”硬塞进来充数,自欺欺人地当作基本定律。我们目前缺乏的正是对牛顿力学与“重力”的统一的认识,否则,今天就没有那么多的人在书上及在因特网上看到那么多的人在讨论“引力与空间”的问题了。牛顿呀牛顿,你有了伟大的发现,为人类做出了巨大的贡献,同时你的“引力”又给你身后的多少人带来了多少的麻烦,到如今已经三百年了,为你的“引力”怎样变为直接作用消耗了多少人的精力,至今还有人在探讨“引力的屏蔽”(把引力当作独立存在的“东西”了)问题,真是罪过。自由落体的下落原因本不是由于外力作用的结果,也不是力作用的结果,难道“作用”就一定是“力”吗!在这个世界上,难道没有“力”,就没有自己运动的东西了吗。脱氧核糖核酸不是自己在复制自己吗!我们人类对世界的认识主要是由于我们是在改造世界的过程中来认识世界的,于是,就把我们人类对世界的作用也客观化了,当作了客观世界的作用了。“力”来源于我们人类肢体对世界的作用,于是,就把“肢体”的作用外化了。我们今天的人类已经在改变着我们对客观世界认识的角度,我们已经把我们人类自身当作了客观世界的一分子。那我们在“引力”的问题上为什么还以“自我”为中心呢。
当我写到此处时,我自我感觉良好,因为我经过了二三十年的艰苦探索,历经了多少的人间苦难,终于“发明”出了新的力学“公理化”的三定律。我自我觉得我自己的思维顺畅多了。用我的“惯性力学三定律”来教我的上重点高中的孩子(她不喜欢物理),我的孩子也说:按你的定律来理解力学,来解力学习题简单多了。我(我孩子)在考虑力学习题的时候,就总是用手拿着另一端栓着石头的弹簧的角度来理解,原来石头通过弹簧本身作用在我的手上的力都是石头本身的“惯性力”(包括重力)。我的孩子又说:用你的定律来解力学习题,老师不给分数怎么办?我回答道:按我的理解来解习题,再按老师的步骤写出来,不就得了,因为你已经了解了力学教科书知识的缺陷了。世界上的许多事都很怪,中学的学生都能理解的事,研究生就不一定理解。我可理解为什么,因为人类的思维有一个缺陷,年龄越大,学问越高,其思维定势越不容易改变。教科书中(大学)的“惯性力”往往是在非惯性系(非惯性系与惯性系的提法本身就是一个错误,因为还是牛顿力学的“范式”。)中出现的“虚构力”,之所以教科书中回避“惯性力”就是物体本身对真正“合外力”的反作用力,是因为“就合”造成自由落体加速运动的外力重力(引力)没有反作用力的事实(是失重状态,这恰恰就是不应该把重力当作“牛顿”外力的症结所在)。问题就在于自由落体的加速运动原因不是由于外力。如果读者感兴趣,我将在下一篇文章中,专门就怎样用我的“惯性力学三定律”来解中学及大学的“动力学”习题方面说一说。大中学生都觉得物理学中的力学部分最难,尤其是动力学的部分。究其原因不是学生的脑子笨,而是由于其“知识”的本身就有问题。不知者不怪,如果已经知道了其“知识”的缺陷,还要用有缺陷的知识去教学生,那可是真的“误人子弟”了(浪费别人的精力等于浪费别人的生命)。当我有一次看“智力快车”电视栏目的时候,主持人在问一位中学生:空间实验室中的人处于失重状态,是没有引力正在作用?此中学生回答“是”,结果被认为是错误的回答,没有给分。我看到此,我真为该学生鸣不平。如此僵化的“知识”!知识的僵化!怎么提高“智力”,重要的是让我们的学生怎样去思考,而不是知道多少。知识的发展是“淘汰制”,不是“积累制”,否则一千年后的研究生毕业的年龄该是一百岁了。今天的“知识大爆炸了”,这说明了什么?是进步还是后退?今天的“知识”该“凝缩”了。大学生毕业的年龄应该是身体发育成熟的年龄(应该是中学毕业的年龄)。(说多了,有? 憷胩饬恕:迷谑窃谝蛱赝戏⒈砦业囊饧#┯械娜怂滴以谖恼轮兴荡蠡埃馑际撬滴也磺椤N沂翟谑悄擅疲胁簧偃嗽谄洹爸鳌钡那把曰蚪嵛仓校苁怯姓庋摹疤谆啊薄倚吹牟灰欢ǘ浴!安灰欢ǘ浴蹦慊剐闯鏊陕铮狗⒈硭陕铮饶阊芯俊岸浴绷耍俜⒈淼昧恕N以诖恕俺『稀蔽薹ā扒椤薄N以谖业纳弦黄恼轮芯凸弧靶槲薄钡牧耍蛭野盐曳⒚鞯摹肮咝粤ρ伞背莆俺⑹浴保导噬衔胰衔乙丫旧贤瓿闪税蛩固沟哪勘辍N壹热徽业搅恕罢胬怼保揖陀Ω糜性鹑稳バθト萌嗣侨ダ斫馑H绻晃宦粢┑娜耍ǹ刹皇锹艏僖┕室馄说娜耍┧邓囊┎灰欢ㄖ尾。孤蛩囊空獠皇悄敲椿厥隆?nbsp;
总的来说,“万有引力失灵”的说法本身就是错误。我们应该把“万有引力”与“万有引力定律”分开来认识。其定律本身是对的,而对其定律的物理意义的理解则是另一码事,不要混在一起。美国科学家与中国科学家对“先驱者11”、“伽利略”以及“尤利西斯”等探测器偏离“万有引力定律”计算的轨道事实的看法都是基于“引力定律”是基本定律的认识。问题是,引力定律在我的“三定律”里是导出“定律”,已不是基本定律,是经验公式。严格地说来,引力定律不应该再叫了,引力定律不存在了。真正的经验公式是“平方反比律”(就是重力场的强度公式,就是重力场空间),其“中心质量”仅具有重力场初始量的物理意义,不是真正的中心天体的质
量。而“非中心质量”(原来叫引力质量)也还是“惯性质量”。


参考文献
[1]马英卓:引力是产生出来的,〈科学〉(科学美国人中文版)杂志,1998年第五期。
[2]马英卓:引力与广义力学、整体天体,〈科学〉(科学美国人中文版)杂志,1999年第三期。
[3]马英卓:惯性力学与整体科学体系,《科学》(科学美国人中文版)杂志,2000年第七期。
[6] 美科学家质疑牛顿“万有引力”定律 http://tech.china.com/zh_cn/news/tech/154/20010518/179249.html

 
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