譚立東從哲學上解說:物理學的守恆定律如何成為可能

2020-12-11 譚立東精品

一、問題

我們從小就學了一些物理公式如動量守恆、能量守恆,難道這是先天的形成的概念嗎?現在我們就來探究其是如何成為可能的。

二、歷史

要想理解這些守恆定律就必須從巴門尼德的哲學說起。巴門尼德把抽象的認識看成是永恆的,不可毀滅的「一」。

舉個例子說明其理論應用:

身前的一張桌子上的一個水分子,只能用顯微鏡看到,它正在離開這張桌子蒸發出來。從經驗上判斷,你說這個水分子屬於這張桌子還是不屬於這張桌子?

提示一下。從原子的角度看,一個桌子的平面是非常、非常凹凸不平的。你怎樣判斷這個桌子的微觀邊界?

當我們要運用桌子這個概念的時候,要不要考慮到這個水分子?

事實上,如果我們利用巴門尼德存在即是「一」的觀念,那麼就把這個水分子的問題在很多時候忽略掉了,

或者說我們在運用物理學計算一張桌子的重量的時候,自然而然的會忽略這個水分子的重量,這就是我們利用了巴門尼德的思想,

三、質量守恆定律如何成為可能?

我們既然要研究質量守恆定律,那麼我們就和巴門尼德一樣抽象與忽略了使物質質量消失的因素。

例如,在現實中物質都會輻射,其實這就是物質的損失,但是我們如果忽略掉了一切可能給其帶來損失的因素,那麼物質從一個地方運動到另外一個地方,當然是質量守恆的。

如果仍然不守恆,一定是我們實踐中還沒有找到使物質損失的因素,我們繼續做試驗,找到並排除使物質損失的因素,之後我們的實驗結果就是質量守恆了。

這才是質量守恆成為可能的真正原因。

三、能量守恆定律如何成為可能?

以機械能守恆定律為例,我們在初中都學過:

在只有重力或彈力做功的物體系統內(或者不受其它外力的作用下),物體系統的動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)發生相互轉化,但機械能的總能量保持不變。這個規律叫做機械能守恆定律。

分析:我們不只把物體看成一種實體,而且我們可以把運動物看成一種實體,這些都只是我們的抽象。我們既然把一切抽象為一,那麼它就沒有消失的理由。如果它消失了,一定有什麼因素導致它消失,因此只要排除導致它消失的因素,那麼它一定是守恆的。

四、應用

既然物理學中的許多概念如質量、能量可以抽象為「一」, 那我們就可以以某種物理量為標準單位,用數學的的方法計算現實物理量的大小。加上,我們擁有了許多守恆定律,我們就可以把數學的等價公式使用在物理學的定律上,這樣我們可以通過已知的幾個參數得到未知的物理量的大小。

這樣,嚴謹、精確的物理學就成為可能。

不過這一切都是在,我們抽象的物理概念所具有的性質不流失的情況下才能實現。如果在現代物理接近光速的情況下,事物在我們原先的實驗條件下消失了,即我們靜態抽象為「一」的條件消失了,這是我們的原有物理體系就會崩潰,而需要我們用一種新的方式來抽象出不會改變的物理學基本概念。

五、展望

再回想一下過去,我們用來做物理實驗的都是鋼球、鐵球這些可以把質量抽象為不變事物,作為概念的基礎,而不會用泥巴球來做物理實驗,同樣我們現代物理學需要觀察、抽象出一些不變的概念作為現代物理學的基礎。

從自然世界的角度來說,真理不需要是永恆不變的概念,但一定要是可以抽象為可用的不變的概念。

相關焦點

  • 0次方守恆定律連載
    一,疑問詞「((((有/無)什麼)怎麼樣)為什麼)」與物理學三大守恆定律,都具有0、1、2、3次方的時空層次結構,兩者互為證明。守恆定律證明,自然語言具有科學內涵,是宇宙演化的化石;自然語言證明,守恆定律直接符合客觀事實,自然語言就是那個事實。我稱這為印證現象。
  • 《零次方守恆定律》v.20201224.內容提要
    但零次方守恆定律卻引導了這樣一個模式,使所有這些能在可預見的未來得以實現。而這源自於1986年春,我在自然語言裡發現的幾個奇特現象。一,疑問詞「((((有/無)什麼)怎麼樣)為什麼)」與物理學三大守恆定律,都具有(0、)1、2、3次方的時空層次結構,兩者互為證明。
  • 物理學中最深刻的聯繫之一——對稱性與守恆定律之間的關係
    守恆定律說,孤立系統的某些性質不會隨著系統的演化而改變。作為諾特定理的結果,守恆定律「與底層物理中的對稱性有關」。換句話說,對稱性和守恆定律是緊密相連的。·溫伯格定義對稱變換如下:對稱變換是我們觀點的改變,它不會改變可能實驗的結果。澤給出了以下定義:當一個物理定律不因某些變換而改變時,這個定律就被認為是對稱的。
  • 宇稱守恆與宇稱不守恆
    該成果奠定了吳健雄作為世界一流實驗物理學家的地位,許多著名科學家都為她沒有因該項成就同楊振寧與李政道同獲諾貝爾物理學獎而疑惑不平,但吳健雄同樣已被公認為世界最傑出的物理學家之一。其實中國人和西方人之間在科學上的差異並不是思維模式的不同,當然更是人種的不同。從他們已經獲得過最尖端最前沿的物理學諾貝爾獎足以證明中國人的理性思維和邏輯思維。
  • 兩種「電荷守恆定律」的比較
    必須予以說明的是:上述所呈現的教材對兩種「電荷守恆定律」的表達文本中,凡是涉及到顯性的「電荷」或隱性的「電荷」(即:在第一種電荷守恆定律表達文本中以「它」所喻指的「電荷」寓意),本文都一律標上了序號,其目的其實只是為了確保接下來做「定律的表達用語比較研究」時的便利。
  • 物理學最重要的諾特定理,是怎樣導出三大守恆定律的?
    物理學中常見的守恆定律有能量守恆、動量守恆、角動量守恆。什麼是物理量的守恆?舉例來說,守恆量就像體育課上滿操場瘋跑的孩子們的人數,它在一整節體育課上都是不變的,不會增加也不會減少,而這一整節課,正好類似於一個力學系統。
  • 楊振寧:物理學影響哲學,但哲學從來沒有影響過物理學
    剛剛看見有人在提問說,「如果沒有了哲學,量子力學還是量子力學嗎?」國際物理學界的泰鬥,諾貝爾物理學獎得主楊振寧在學界擁有非常崇高的威望。他是如何看待哲學與物理學之間的聯繫的呢?楊振寧在他所作的《談談物理學研究與教學》一文中,用了這樣清晰地描繪:物理學影響哲學,但哲學從來沒有影響過物理學。這是一位大思想家、科學偉人對哲學與物理學的精闢判斷。我們縱觀楊振寧70多年的科研工作,恰恰是他一直在用實踐行動推翻哲學。1956年,楊振寧和李政道發表論文,聯手得出了「宇稱不守恆」的科學理論,吳健雄女士又做實驗證實了他們的研究成果,於是就否認了之前思想界「宇稱守恆」的猜測。
  • 物理學系列(一)——動量守恆定律
    物理學系列(一)——動量守恆定律動量守恆定律,作為現代物理學框架中最重要的守恆定律之一,在高中階段便被熟知
  • 電荷及其守恆定律
    電荷及其守恆定律教學目標
  • 諾特定理:引領物理學100年發展,是現代物理學的基石
    20世紀是經典物理學的終結,現代物理學的開始,提到現代物理學,大家可能想到最多的就是廣義相對論、量子力學這對現代物理學的雙子星,或者是波粒二象形、薛丁格的貓、海森堡測不準定理等,可是要提起現代物理學,是絕對不能少了這個偉大的定理—諾特定理,它是20世紀、21世紀物理學的指路明燈,引領了物理學 100 年的發展,是現代物理學的基石。
  • 物理學定律的謊言——質疑物理定律的普適性
    讓美國物理學家倫納德·蘇斯金德來解釋一種可能性:如果這些事情被證明是正確的,那麼物理定律的一些特徵(可能是大部分)將是局部的環境事實,而不是寫在石頭上的定律——否則不可能是定律。儘管蘇斯金德說過,物理定律總是意味著(歷史上、哲學上和科學上)是普遍的。
  • 世上最偉大定理:引領物理學100年發展,是現代物理學的基石
    20世紀是經典物理學的終結,現代物理學的開始,提到現代物理學,大家可能想到最多的就是廣義相對論、量子力學這對現代物理學的雙子星,或者是波粒二象形、薛丁格的貓、海森堡測不準定理等,可是要提起現代物理學,是絕對不能少了這個偉大的定理—諾特定理,它是20世紀、21世紀物理學的指路明燈,引領了物理學 100 年的發展,是現代物理學的基石
  • 對機械能守恆定律的理解,注意「守恆」和「不變」的區別
    對機械能守恆定律的理解,注意「守恆」和「不變」的區別。高一的學生在學習機械能守恆定律以後,資料書上會編一些習題,讓學生判斷各種情形下,物體的機械能是否滿足守恆條件。但是,有些資料書上所給的習題答案,把「守恆量」和「不變量」混淆,認為只要機械能在過程的前後保持不變,就認為是滿足機械能守恆定律的條件的,其實,這樣是不嚴謹的,也可以說就是錯誤的。「守恆量」和「不變量」是有區別的,今天,我們通過進一步理解機械能守恆定律,來區分「守恆量」和「不變量」。首先,我們來看看什麼是機械能守恆定律,並且對其再進一步理解。
  • 一個人的一生真的存在「人生財富守恆定律」嗎?如何理解?
    這就是人們常說的:「人生財富守恆定律」。讓人自然不自然地想到唐代大詩人李白的《將進酒》:「天生我材必有用,千金散盡還復來」。實際上,最早的「人生財富守恆定律」多少有一些消極的成分,即說:一個人的一生財富多少是守恆的,無論你多麼努力都不會增加。
  • 機械能守恆定律、彈性勢能、動量守恆定律,用一題來徹底搞定
    題目分析:(1)運動過程(2)對應的物理學原理、定律>(3)解題、出題邏輯詳解:一開始A做自由落體運動,設A一開始距離B的高度差為h,設A碰撞到B前一瞬間的速度為V0,對A根據機械能守恆定律得:對A、B從共速運動直至分離的過程,A、B重力勢能變化的高度為x1,設一開始彈簧的彈性勢能為EP,對A、B、彈簧組成的系統,根據機械能守恆定律得:
  • 專題五 機械能、動能、動量及守恆定律
    本專題包含功、功率、動能定理、機械能守恆定律 功和能的概念是物理學中重要的基本概念。能的轉化和守恆定律是自然界中最重要、最普遍、最基本的客觀規律之一。功和能量轉化的關係不僅為解決力學問題開闢了一條新的重要途徑,同時它也是分析解決電磁學、熱學等領域中問題的重要依據。
  • 能量守恆定律、熱力學定律,在這裡可以一起學,一看就都會了
    能量(Energy)這個詞是T.楊於1807年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的,針對當時的「活力」或「上升力」的觀點,提出用「能量」這個詞表述,並和物體所作的功相聯繫,但未引起重視,人們仍認為不同的運動中蘊藏著不同的力。1831年法國學者科裡奧利又引進了力做功的概念,並且在「活力」前加了1/2係數,稱為動能,通過積分給出了功與動能的聯繫。
  • 楊振寧,李政道,吳健雄三個人打破人們對「宇宙守恆」固執印象!
    聽起來,所謂的「宇稱守恆」似乎並沒有什麼特別之處,至少在1926年之前,早已有人提出了牛頓定律具有鏡像對稱性。不過,以前科學家們提出的那些具有鏡像對稱的物理定律大多是宏觀的,而宇稱守恆則是針對組成宇宙間所有物質的最基本的粒子。如果這種物質最基本層面的對稱能夠成立,那麼對稱就成為宇宙物質的根本屬性。
  • 既然都逃不過能量的守恆定律,那麼就學會平衡自己的舍與得吧
    百度圖片能量守恆定律概念:能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一個物體傳遞給另一個物體,而且能量的形式也可以互相轉換,這就是人們對能量的總結,稱為能量守恆定律。能量守恆,是物理學名詞,我中學的物理學的是一竅不通,因此很難用物理思維去解答,我是一個只會過日子的小女人,不知道平衡自己的舍與得,能不能套用這物理的能量守恆定律呢?
  • 《機械能守恆定律》教學設計
    《機械能守恆定律》教學設計一、教學目標【知識與技能】知道機械能的概念,能夠分析動能和勢能之間的相互轉化問題;理解機械能守恆定律的內容和適用條件,會判斷機械能是否守恆。【過程與方法】學習從物理現象分析、推導機械能守恆定律及適用條件的研究方法,初步掌握運用能量轉化和守恆來解釋物理現象及分析問題的方法。【情感態度與價值觀】體會科學探究中的守恆思想,養成探究自然規律的科學態度,提高科學素養。二、教學重難點【重點】機械能守恆定律的推導及內容。