当前位置:首页 > 作文大全 >

当代科学亟需唯物辩证思维

发布时间: 2022-04-13 08:13:09 浏览:

黄家荣先生就惯性原理的争鸣文《也谈惯性原理》(《发明与创新》2006年第1期),相应的答文《科学要求跳出本本看世界》在第2期)刚发表,又奉献出新作《相对论违背相对性原理》(第8期,下称黄文),对拙文《相对论原理的扭曲》(2003年第8期,下称《扭曲》)提出异议。

本答文展开前,先指出:一、不言自明,与黄文的辩驳,针对的是爱因斯坦相对论的谬误,意在为基础理论的正本清源效点力。二、如《扭曲》中所言,相对论中的所谓狭义相对性原理,与经典力学,卜的相对性原理有原则区别,但前者却认为“没有原则区别”,并自称源于后者——因而下文中尤碍引举经典力学的例子。三、为免混淆,仍遵《扭曲》中之所约:经典相对性原理简称相对性原理,狭义相对性原理用全称。

相对性原理的两重含义

关于相对论对相对性原理的“曲解”,黄文作了一些有见地的剖析、揭露与批评。但对于《扭曲》一文,黄文却认为“有较大的失误”,“未击中要害”。到底怎样,让我们来探个究竟。

由法国著名数学家彭加勒最先于1899年按现名正式命名,但早为“力学之父”伽利略记述的相对性原理,赋有二重含义,其物理内涵、应用与结果等都不尽相同,不可混淆。为此,借用爱因斯坦的著名道具——奔驰的火车,并以他援引过的落体运动实验为例作—粗略的梳理。

第一种含义:实验分别在匀速行进的车厢或路基上做,对于:参照系各自的考察有何结果?显然,有着相同的运动方程:h=gt2/2。式中h是落体下落距离,t为时间,g是重力加速度,取为常量——设h值不大,空气阻力等不计。相应的一阶与二阶导数也都形式相同:dh/dt=gt,d2h/dt2-g=O。这种情形,甚至可推广到地球以外,比如在木星上运动方程及其一、二阶导数都有类似的表式——不过符号g不复为地球的重力加速度。这里,明显的一点是,不必涉及坐标变换。

第二种含义:若实验在车厢上做,落体在车厢上沿一条垂线下落,从路基上观测却是一条向车行方向展开的抛物线——二坐标系的观测结果不同。反之,若实验在路基上做,二坐标系的观测结果也不同:路基上的是一条直线轨迹,而车厢上观测到的是一条抛物线——不过这次是向车后方向展开。任何一种情况下,对于二坐标系的落体运动方程(因篇幅所限,略),按所谓的伽利略变换,有着不同的形式——方程的一阶导数,也同样如此。这里,显然牵涉二坐标系之间的坐标变换。

相应的力学方程(或力平衡方程)却有相同的形式:d2y/dt2+g=O和d2y’/dt2+g=O——设二坐标系的y轴或y’轴沿垂线,向上为正。此即所谓的力学方程对于伽利略变换具有形式不变性,体现了力学定律的所谓惯性系平权性。此即第:重含义下的相对性原理。

明眼人看出,以上讨论中考察对象(落体)不在路基便在车厢上,情形特殊。对于一般情形——既不在路基又不在车厢上的空间运动对象,如爱因斯坦笔下的’—只掠空而过的乌鸦,义将如何呢?不难得知(具体推证略),按伽利略变换确立的运动方程及其一阶导数,同样不具备形式不变性,但力学方程却也有相同的形式。

两种含义,如上所述,有一个明显的区别:第一种不涉及坐标变换,第二种涉及坐标变换。对第一义相对性原理,有疑义或异议者很少,也没有严重的分歧——细节除外。但第二义相对性原理,情形就大不同了,我们与相对论有着原则分歧,问题也就在这里。

狭义相对性原理的要害

如上所述,第二义相对性原理涉及坐标变换:对于二坐标系的运动方程,靠伽利略变换来建立与沟通;运动轨迹上仟何一点的坐标(x,y,z)与(x’,v’,z’)遵从伽利略变换——当观测小必须借助的光信号可瞬息即达,或光速有限性所引起的问题忽略不计时。

但事实上光速不是无限大,光速的有限性将引起一种形态特殊的观测误差——经典力学的局限性在此。这种观测误差,是靠任何坐标变换都无法消除的,唯一有效的解决途径是数据处理。然而,相对论却从坐标变换上找出路:以洛仑兹变换取代伽利略变换。这“无异于刻舟求剑”(引自《科技日报》1998年10月24日文章《世纪之误》)。

不止于此,狭义相对性原理的问世是冲着电动力学而来的。爱因斯坦的原始文《论动体的电动力学》清楚表明:它意在通过洛仑兹变换,来摆脱电动力学应用于运动体时引起的麦克斯韦方程“不对称”——即不具备数学形式不变性。然而,不从电磁相互作用的动态过程与机理入手,而把电动力学问题按光行差等一类运动学观测效应那样,靠坐标变换来处理,也不过是南辕北辙(详见《狭义相对论不变性初探》,系统工程与电子技术,1994年第16卷5期)。

相对论是洛仑兹变换立为它的“命根”式,就是为了实现包括电动力学和光速问题等在内的“物理定律”经洛仑兹变换后,保持数学形式不变性。而且,相对论所谓的“验证”实验如光行差、迈克尔孙一莫雷实验与德·西特(W.de Sitter)双星观察等等,也无不牵涉坐标变换。因此,相对性原理的第一义实际上已成为遗忘的角落,只剩下第二义——这正是狭义相对性原理的要害所在。黄文恰好相反,专注于第一义而忘了第二义,可能没有考虑到:洛仑兹变换何以成了相对论的镇坛之器?

相对性原理只适用于惯性系吗?

有读者注意到:以上举例的火车、路基并非(理想)惯性系,至少地球自转引起的哥利奥里效应未计及。这正是本节要讨论的问题,即:相对性原理“只适用于惯性系”吗?

相对性原理虽由伽利略记述,但它却源于人类长期的实践活动,其基本思想由来已久。譬如一些主流学者一口咬定“古代无科学”的中国,早有先贤曰:“地恒动不止,人不知,譬如人在舟中闭牖而坐,舟行不觉也。”(《尚书纬·考灵曜》)“地动不知”与“舟行不觉”,蕴涵着惯性原理的基本思想,是从大量现实的力学现象中总结出的定论,与伽利略的相对性原理论述异曲同工——无需说文字洗炼、历史悠久得多。

相对性原理“只适用于惯性系”之说,缘何而起?人所共知:经典相对性原理不分狭义的与广义的,相对论中才分狭义的与广义的相对性原理,也才有“只适用于惯性系”一说。仅此事实,就足可使“只适用于惯性系’之说流产,裸露狭义相对论与广义相对论的无稽与浅薄。

相对性原理“只适用于惯性系”说,与惯性原理或经典力学“只适用于惯性系”之说属同源性问题。对于后一说,《相对论“马失前蹄”在惯性原理》(本刊2003年第7期)一文已作了确凿有据的驳斥,在以后的争鸣中又有多篇答文(见本刊2004年第1与9期,2005年第2期,和2006年第1和3期)从不同视角作了进一步的辩驳。因而,前一说似无必要再赘予反驳——

何况《扭曲》一文已有澄清。这里只指出:

“舟行不觉”说,足可驳倒“只适用于惯性系”说:一个根植现实的原理不适用于(据称不存在惯性系的)现实,岂非咄咄怪事!

以惯性原理为基础的经典力学,源自人类长期的实践活动,又经长期的实践检验,岂能因可人为选定的坐标系而动摇!彼此作匀速相对运动的成对非惯性系,必有相同的“非惯性运动”,按达朗贝(dAlembert)原理建立的力平衡方程,也必有相同的惯性力项——如落体实验中对于地面与车厢的哥利奥里力,从而有相同的数学形式。

综上,狭义相对性原理是曲解、扭曲经典相对性原理的产物,相对论是靠曲解、否定经典力学起家的。鉴此,似可论断:不全面正确理解经典力学并真切弄清其局限性,就不可能推出经得起检验的可替代相对论的新理论,物理学乃至整个科学也难有看好的前景。

当代科学亟需唯物辩证思维

一个并不复杂的原理,折射出了相对论的一个“混”字:混淆现象与规律,混淆运动学与动力学,混淆观测误差与物理效应,混淆运动学观测效应与电动力学现象……这样的一片混乱,不引出诸如时间变慢、空间歪曲、质能相当等等一串天方夜谭的混果,那才怪!

概念混淆,是逻辑之大忌。一个“混”字所饱含的低级错误,是使流言“相对论能自圆其说,逻辑没问题”不攻自破!百年来这些低级错误,登高等学府之堂——管它牛津哈佛,入科学院所之室——无论东方西方,在主流科学大师们的眼皮底下溜过,如入无人之境。何以如此?原因错综复杂,但有个因素不可低估:缺乏唯物辩证思维。

概念混淆、思维混乱等是唯物辩证思维的克星。近现代科学却作茧自缚于形式逻辑,偏分析废综合,重算式轻概念,追形式鄙实际,只见树不见林。结果是:物理学割裂成微观、宏观与宇观三大块,上空“一团乌云”,科学深陷困境;浅薄的抄袭之作、仿冒之作、拼凑之作等学术垃圾泛滥,浮华的空盖之作、傍名之作、怪幻之作等理论泡沫蔓延。相对论只是其中最耀眼、持久的一个,权威刊物《科学》发表黄禹锡造假成果事件,也不过是冲破道德底线而裸露“权威”本底的一例罢了。

20世纪人类在航天、信息等科技领域和光速实验探索中积累的大量感性材料,把理论物理学家远远抛到了后边,可他们还在为形形色色互:不相容又自我否定的模型或理论纠缠不清。物理学上空的“一团乌云”何以排除?当代科学如何走出困境?恩格斯早在《反杜林论》中指出:“自然科学现在已发展到如此程度,以致它再不能逃避辩证的综合了。”

诚哉,当代科学亟需唯物辩证思维。

相关热词搜索: 唯物 亟需 当代 思维 科学

版权所有:无忧范文网 2010-2024 未经授权禁止复制或建立镜像[无忧范文网]所有资源完全免费共享

Powered by 无忧范文网 © All Rights Reserved.。冀ICP备19022856号