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。