牛頓的經典力學是錯誤的,還有誰不知道的嗎

2020-11-27 科學拾遺

經常看見有人把牛頓的經典力學用在光速或者接近光速的領域,進而得出很多似是而非的結果,甚至有人這樣設想,在一個0.8倍光速的飛船裡面,一個人向前方打出0.8倍光速的子彈,那麼這個子彈的速度就會達到1.6倍光速,這樣就超光速了,從而推翻了愛因斯坦的相對論。在這裡,我只能說,這類的思維試驗都是錯的,典型的用經典力學處理高速問題,方法錯了,得出的結果肯定就對不了,至於經典力學為什麼會錯,我們接下來分析。

經典力學雖然是錯的,但牛頓一樣是大師

教科書用來描述經典力學的詞語非常有意思,宏觀低速近似,也就是說經典力學只適用於宏觀低速的物體,而且通過計算的結果還只是近似,換句話說,牛頓的經典力學就是錯誤的。至於經典力學為什麼會錯誤?還得從它的兩個基本假定說起,第一個假定就是時間和空間是絕對的,第二個假定是一切可觀測的物理量都可以被精確測量,而經典力學就是在這兩個假定之上建立起來的。但是,很明顯,第一個假定是錯誤的,時間和空間不是絕對的,時間可以收縮,空間可以膨脹,至於第二個假定,微觀世界的很多物理量都是不可測的。所以,牛頓的經典力學的兩個假定都錯誤了,經典力學又怎麼可能會對呢?

扭曲的時空

不過,既然經典力學是錯誤的,那為什麼現在還在用呢?這個比較有意思了,一方面是人類本身生活在宏觀低速的世界裡,且目前的人類對精度的要求還不是那麼高,根據經典力學得出的結果已經能滿足需求了;另一方面,不用經典力學的話,就要用狹義相對論了,那就涉及到了空間幾何和曲面幾何,異常複雜,舉個例子,如果一個數據用經典力學算出來的是3.14,而用狹義相對論算出來的是3.1415926,但實際人們使用的僅僅只是3.1,這樣,人們當然會選擇更簡單的經典力學了,哪怕它是錯誤的,因為人類的實際情況完全可以忽略這個錯誤。

經典力學完全可以支撐起人類的日常生活

那為什麼一直有人認為牛頓的經典力學是正確的呢?一方面人類還在學習經典力學,另一方面人類還在使用經典力學,很多人就這樣想,既然還在用,那麼經典力學就是正確的。但實際上,人類從來都不是為了追求正確,人類追求的永遠都是對自己有利的,只要有利,就去用它,不管對錯,僅此而已。

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    圖1 經典力學發展路線圖力學可大致劃分為:經典力學、近代力學和現代力學。經典力學又常常被稱為古典力學,英文均為:Classical Mechanics。狹義地講,所謂經典力學是指創立於1687年的牛頓力學 (Newtonian Mechanics)、創立於1788年的拉格朗日力學(Lagrangian Mechanics) 和創立於1834和1835年的哈密頓力學 (Hamiltonian Mechanics)。
  • 牛頓經典力學中有漏洞?是錯誤的?現代物理學提出質疑
    想必大家都知道牛頓吧,他可是英國著名的物理學家,號稱百科全書式的全才。隨著科學的不斷進步,牛頓的經典力學也被現代物理學提出了質疑:經典力學存在漏洞。牛頓第一定律(即慣性定律):任何一個物體在不受任何外力或受到的力平衡時(Fnet=0),總保持勻速直線運動或靜止狀態,直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態為止。
  • 經典力學:人類的經典、中學的考點
    需要糾正的第二點是並不是牛頓一人創建了經典力學,雖然牛頓是經典力學的集大成者。在建立經典力學的過程中,最早可以追溯到哲學家亞里斯多德,雖然很遺憾現在中學課本中凡是提到亞里斯多德的觀點,都是錯的。再者就是天文學家如哥白尼、布魯諾、克卜勒,開創實驗物理的伽利略等,他們都為了物理學做了很多艱巨的工作,由此經典力學才逐漸擺脫傳統觀念的束縛,有了很大的進展。
  • 經典力學的局限性和物理學的發展
    自從17世紀以來,以牛頓定律為基礎的經典力學不斷發展,取得了巨大的成就,經典力學在科學研究和生產技術中有了廣泛的應用,從而證明了牛頓運動定律的正確性。但是,經典力學也不是萬能的,向其它科學一樣,它也有一定的適用範圍,有自己的局限性。
  • 為什麼牛頓力學還是純科學的核心?
    我在《實驗、測量與科學》一書中所建立的純科學體系,有三個學科一個理論:數學、測量、信息技術和牛頓力學。該書重點是談測量,因此對其他方面很難展開,否則篇幅實在太大了。對牛頓力學為什麼還被作為純科學的核心主幹,很多人不太理解。這裡有必要作個深入說明。
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    有關牛頓跟愛因斯坦之間,誰更厲害的爭論,至今依然「不死不休」。早在愛因斯坦創立「相對論」之前,牛頓就已經創建了「經典力學」。而在牛頓之前,伽利略則為牛頓的「經典力學」奠定了基礎。在伽利略之前,哥白尼提出了「日心說」。