新運動定律
定律1所有物體只有通過與另外的物體進行動量的交換來改變自身運動狀態,否則自身運動狀態不會發生改變。即原來靜止或運動的物體,如果沒有與其它物體進行動量的交換,將永遠保持靜止或勻速直線運動狀態。
踢出去的足球(為簡化問題,在此只討論足球在水平方向上的動量及其交換過程),不斷將自己的動量傳給地面(實際上應該是傳給地面的分子或原子),最終使自己的動量逐漸減少,直到它再也沒辦法將自身的動量傳給地面,或者說它們之間動量的交換停止。此時,足球相對於地面保持靜止狀態。
水上原來靜止的帆船,不斷將自己的動量傳給吹到帆上的風(實際上應該是撞擊帆的空氣分子),而風也不斷將自身的動量傳給帆船,從而使帆船相對水的速度不斷增加,但相對風的速度卻不斷減小。假如帆船離開水並且不受重力的作用,那麼帆船與風之間動量的交換會持續到兩者相對靜止時才會停止。
定律2
物體間動量交換的過程在宏觀時空上所表現的就是一種作用,也就是我們現在所謂的力的作用。所以,力是物體動量交換快慢的一種度量。
一個物體在與其它物體進行動量交換的過程中,如果動量的增量不為零,則物體的最終運動狀態將發生改變。否則,該物體的最終運動狀態保持不變。
假如一個物體與另一個物體之間進行均勻的動量交換,設時間t內,它們交換的動量為
則在時間t內,兩者之間的宏觀作用力的大小為:
定律3
物體間動量的交換是一種同時進行的、直接的、等價的交換。
等價性是指:物體間交換的動量大小相等。即
但由於物體的動量是一個矢量,受交換對象的影響,所以物體間動量交換的方向是相反的。即
直接性是指:物體間只有通過相互碰撞才能進行動量的交換。我們用手推物體時,微觀上是構成我們手的分子與物體的分子之間的相互撞擊將動量進行交換的。當然,在日常生活中,我們不需要考慮得這麼複雜,依然可以按現有的描述來理解:手對物體施加了一個推力F。
同時性是指:物體間通過相互碰撞進行動量的交換是同時進行的。所以,遠距離不接觸的物體間不可能產生任何動量的交換,也就是說不可能產生力的作用。
我們在推物體的過程中,不接觸到物體是不可能對物體施加推力作用的。至於磁力、靜電力和萬有引力等作用力的實質請參考後面的相關章節(實際上:推力、壓力、支持力、彈力、摩擦力等微觀上都是靜電力,它們只不過是靜電力的一種宏觀時空表象。因此後面的章節中就不再討論這些力)。
釋疑
「力的作用」與「物體運動狀態發生改變」,就如「雞蛋」與「雞」一樣。我們經常會自問:是先有雞再有蛋呢?還是先有蛋,然後才有雞?同樣地:是先有力的作用再有物體運動狀態的改變呢?還是先有物體的運動狀態發生改變,才會有力的作用?
嚴格地說,上面的問題屬於哲學問題,本不應該在此展開解釋,但為讓讀者能更好的理解筆者為什麼需要對運動定律進行這樣的修正,不懂哲學的我,不得不在此說一些哲學的話題,如有表述不當之處,還請大家見諒!
在沒有修正前。
力的定義是:力是物體對物體的作用。如推、拉、壓、支持、託舉、摩擦等物體與物體之間的相互作用,這些作用對我們來說是如此的熟悉,是毋容置疑的事。因此,對應地就有推力、拉力、壓力、支持力、浮力和摩擦力等影響我們的生活起居與工農業生產的常見的各種力。
物體的運動狀態只有受到外力的作用才會發生改變。就是說,先有力的作用,才有物體運動狀態的改變。所以,力的作用是促使物體運動狀態發生改變的原因,物體運動狀態發生改變是物體受到外力作用的結果。
在因果律的大前提下,面對以下幾種情況下,物體運動狀態發生改變的外因是啥?或者說這裡的作用力是什麼力?成為了完善當時的科學理論的絆腳石!
地球繞日運轉,運動狀態時刻在發生改變,說明它們之間存在某種作用力,這個作用力是什麼力?
磁體能遠距離吸引磁體和磁性物質,使它們的運動狀態發生改變,說明磁性物體間存在某種作用力,這裡的作用力又是什麼力?
與毛皮摩擦後的橡膠棒或與絲綢摩擦後的玻璃棒能遠距離吸引輕小的物體,使輕小物體的運動狀態發生改變,說明它們之間也存在某種作用力,這個作用力又是什麼力?
受前面力的定義的影響,我們自然而然地將這些力定義為:萬有引力、磁力和靜電力。
很多科學家對這些力進行了大量的系統的實驗,使人類掌握了這些力的作用規律,並將這些規律應用到我們的日常生活與工農業生產上,極大限度地提升了人類的科技水平與生產力水平,大大地改善了人類的生活質量。
在如此輝煌的成就面前,任何的質疑者,簡直是在找死,維護者的唾沫星就足夠淹死他。
而我,一位無知而無畏者,本著求真之心,在此提出一種修正我們的認識的新觀點,希望您本著對科學尊重之心,先耐心地聆聽我完我的觀點與辯解,再做出您公正的裁決也不遲!
筆者認為:癥結出在我們對力的定義與理解上。
我們人類,作為一種有意識的物質實體,在對自然的感知與觀察的過程中,依靠在億萬年進化過程中獲得的各種感覺器官,接受並依靠各種感覺信息來探知並認識我們所生活的自然界的運行規律。
我們在推物體的過程中,肌肉收縮所產生的疲勞感、手部擠壓物體時所產生的擠壓感等感覺器官所感受到的各種信息使我們的大腦建立了「推」的映像,進而形成「推力」或者說「推」這種作用的概念。再結合眼睛所感知的物體運動狀態信息,在我們的腦中,建立起物體運動狀態發生改變是因為我們在推物體的原因的因果關係,這是最正常不過的。
但隨著我們人類認識的逐漸深入,後來知道,所謂的推力,實際上是電磁力,它是手的分子與物體的分子之間的電磁力的宏觀表現。從微觀上看,我們的手並沒有與物體真正地接觸,也就是說,「推力」跟萬有引力一樣,實際上也是一種「遠距離」的作用。是我們的感覺使我們形成「推力」需要兩個物體相互「接觸」才能產生的錯誤認識,實際上推力的作用並不需要兩個物體相互接觸。
至於拉力、壓力、支持力、浮力和摩擦力等,情況跟「推力」一樣,在此就不再闡述。
隨著後來人類對各種力的認識加深,已經知道平常的推力、拉力、壓力、支持力、浮力和摩擦力等力的作用都屬於電磁力,都不需要兩個物體直接接觸就可以產生力的作用。
這意味著宇宙萬物間只存在萬有引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用這四大基本作用,根據對這四大基本作用的實驗觀測發現:從某種意義上,四大基本作用都不需要物體相互接觸,可以「遠距離」產生。
但一旦承認遠距離作用,最終勢必會陷入「超距作用」的陷阱,這是很多科學家所不願意接受的觀點,因此,我們為能自圓其說,引入場的概念,引力場和電磁場是萬有引力和電磁力的傳播媒介。或者說:萬有引力和電磁力是通過引力場和電磁場來傳遞物體之間的相互作用的,因此這兩個力的作用是一種間接作用。也就是說,作用不是物體間直接作用的結果。
地球繞太陽公轉,不是因為太陽與地球之間存在相互吸引的萬有引力作用,而是太陽對其周圍的引力場(物質)產生作用,這個作用再以光的速度傳播(傳遞)到地球,從而使地球受到引力場施加的一種作用。因此,我們現在所說的:「太陽吸引地球的萬有引力」的施力物體不是太陽,而是地球周圍的引力場,受力物體是地球。同理,「地球吸引太陽的萬有引力」的施力物體不是地球,而是太陽周圍的引力場,受力物體是太陽。
電子繞原子核運動,不是帶正電的原子核對帶負電的核外電子施加了一個吸引作用,是原子核對電磁場產生了一種作用,這個作用以光速向外傳播,並影響帶負電的核外電子,使核外電子受到一個指向原子核所在位置的一種作用。因此,電荷A對電荷B的作用力的施力物體不是電荷A,而是電荷B周圍的電磁場,而電荷B對電荷A的反作用力的施力物體不是電荷B,而是電荷A周圍的電磁場。
最終,使我們繞進了所謂的「場」中。「電磁場」、「引力場」等等,這些神秘的場,成了科學家與普通百姓之間的鴻溝。是我們人類的認知一步一步將我們帶進這樣一個虛幻的場世界之中的。
在本書的理論中,所謂的場只是一種特殊的物質的運動形式的表現,具體介紹,請參看怎書後面的相關章節,在此不再展開。
所以,筆者為了能讓我們人類的認知重新回歸到正確的道路上來,才將牛頓的三大運動定律進行修改,將「力的作用」與「物體運動狀態發生改變」的因果關係進行正確的定位。
重新定位後的因果關係是:
物質運動狀態維持不變是根本;
運動狀態發生衝突是因;
交換動量是策略,力的作用(碰撞)是具體的措施與過程,運動狀態發生改變是途徑,最終解決運動衝突才是最終結果。
這種因果關係及其解決的過程,在我們日常生活中經常出現。舉個簡單的案例:
我們經常碰到在狹小的空間相遇的情況,此時我想從這通過、你也想從這通過,這就是運動矛盾與衝突;
因為我們人類能提前感知,並在意識的幹預下,進行禮讓,才避免了你我之間相互碰撞的尷尬。
而對自然界客觀物質來說,它們沒有「先見之明」,所以,最終的結果就是它們之間的「碰撞」,即用武「力」解決衝突,最終矛盾與衝突得以解決。
為能讓大家更好地理解新的運動定律,所以我依然採用現有的概念來描述新的運動定律。而實際上,新的運動定律可以用更為簡短的話進行描述,並且完全是推理出來的定律,而不是事先設定的。
具體的論證過程,請參考本書第五章《空間慣性》。