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惯性力学与整体科学体系

时间:2006-11-23栏目:物理论文

"原理而导出的"黑洞",黑洞也不存在,因为本来弯曲时空是由光线的弯曲(光子的广义惯性运动)而规定出来的,反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的,这是什么逻辑?如果光线在重力场中有红移效应,那么,由此原理而导出的黑洞,黑洞有可能存在。引力都不存在了,也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的"大统一理论"仅剩下"引力"没有被统一进去,也正说明了这个问题。

二、ρ空间概念

(一)场

电磁波的发现,为物理学带来了场概念。仅作为数学意义的场,是具有结构的空间,而作为物理学意义的场,当然是具有物理意义的且具有结构的空间了。从逻辑学角度,由于场具有不依赖负荷者的存在与否的性质,所以,场是本体概念(不一定是物理学中的实体才叫本体)。场作为非质量因素的"物体",没有力学中质量的物体的作用特征。场的作用性是:某种物理性的场使其场内的物体能够表现出相应的自身属性。"力场"是使其场内物体在体现其自身属性时,其物体对其他物体的力作用,而不是场本身在对物体有力的作用。重力场的作用涵义就是在物体相对场(参考物为中心物体)的平动状态或非"自由"加速运动状态情况下,该物体对其它物体的广义惯性力的作用。原来力的作用观的主动作用"力"与被动作用(物体)的关系是绝对的(虽然还说是相互的),而场的作用观则是场内物体由于自身属性对场有主动反映。这两种作用观是不相容的([6]第92页)。"引力场"概念本身就是这个"不相容"的混合体,从而造成了理论思维的混乱。没有这两种作用观及本体性场与关系本体性场的区别认识,则其理论思维是混乱的。只有本体性的场,才能逻辑定义关系本体性的场,才能有清晰的认识。

对场本身不宜过多深究。之所以对场感觉玄,还要深究,其原因往往也是由于总想回到力作用观的理解下才觉得"塌实"的一种心理趋向。只要能测量及描述之就够了。重要的是,要深究场源物体产生场的物理机制与对场有反映的物体的物理属性及其物体在场内怎样表现其属性的内容。麦克斯韦方程、无线电台与收音机这三要素,就已经意味着深究了该特殊电磁场的所有方面。

(二) ρ空间与能

ρ场与势场都是标量场(本体性),是说明ρ场概念的内涵中还有"势"涵义。也就是说,物体与中心物体通过重力场有"能"的关系。在天文学领域,许多人在运用引力定律时,已经以中心天体为势场中心的角度来计算了。从熵的角度(不是狭义的热力学中的熵,而是耗散结构理论中的熵):ρ均匀空间(原来称为欧氏空间、牛顿绝对空间与平直时空)则是能量为零的熵空间;ρ非均匀空间是具有能量的负熵空间。也可以说,广义惯性就是物体通过某种运动状态来保持或主动改变某种运动状态来达到其内部熵状态的一种属性。所以,用熵与负熵角度来区别由广义惯性引出的两种空间,才是其区别的本质。通常说质量(仅指宏观物体质量)也具有能量,其真正的涵义应该是物体内部的负熵能量,质量是其负熵能量的"和"。物体内部的负熵状态,除了静止在重力场中的情况外,一般都是随机的及暂时的。而作为"恒定"的重力场(包括质量部分的整体天体)这一中心结构的负熵空间,正是有序结构空间,也正是整体性空间。当把重力场这一特殊的空间变为具有负熵意义的空间时,其内容将要与物理学分道扬镳了。物体内部负熵空间的产生原因,来自其外力或自身的动能或其外部负熵空间。而不能化为物体内部空间的重力场,其产生及维持的原因则是未知的。但整体天体产生重力场这一经验命题,毕竟大大地缩小了寻求其原因的范围。而"引力"的认识,反而以为不存在其原因了。在这里要强调一下,ρ场仅是力学中的抽象概念,ρ场包含物体内部的空间及重力场,重力场是特殊的ρ场。
(三)作为基本概念的ρ空间

为什么ρ空间姗姗来迟呢?就是由于从经验层次的现象(已经归纳的现象)再变为抽象层次的基本概念的过程,是人们最不习惯的过程,总不容易摆脱"具象"。之所以不习惯,其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式,即使有了"具象"也看不到其抽象意义。而由抽象变为"具象"的过程,那可容易多了,但也往往"具象"出来客观世界不存在的东西。

从逻辑学角度,基本概念是不能被其它概念来定义的概念,其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此,只能用"感觉"到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之,但又不是压强梯度本身。"真空"是具象空间,真空里照样存在"重力场"的ρ梯度值的有否,可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象,不能变为一个基本概念,也是爱因斯坦的"一无所有"的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一,而用"运动"规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是:物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间,也是爱因斯坦晚年醒悟的"物体具有空间广延性"的涵义;而重力场空间不仅包含质量部分(整体天体)的空间,也包含没有质量部分的空间

。这样就避免了变为"一无所有"的无边界的抽象参考系而带来的"相对"不清的问题。总的说来,ρ空间仅在数学形式上是标量场(其梯度为矢量场),但在物理意义上,则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。

三、惯性力学及其例题

在中学教材中,加速度可直接用一个字母来表示。ρ梯度与加速度一样,也可直接用一个字母来表示,设定其字母为P,其物理单位名称为"坦"。为了遵从现在教科书的习惯,力的物理单位仍用"牛顿"。那么,广义惯性力定律需要乘上量纲系数k,运动定律需要乘上k的倒数。在计算习题时,可设量纲系数为1。物体内外空间的ρ梯度,以下简称内P与外P。惯三律可以改写为以下形式:

①广义惯性定律:物体总保持其内部的ρ均匀空间时的运动状态。

②广义惯性力定律:F=kmP内

③广义惯性运动定律:P外-P内=1/k×a

惯三律的运动定律:其三个矢量在同一条直线上,并且方向相同;如有一矢量方向相反,则变正负符号;如有一矢量不在其直线上,依习题具体情况有时可用矢量分解的角度化为其直线上的矢量。值得注意的是,P矢量的垂直方向,该P矢量为零。特别值得注意的是,由于设量纲系数为1,绝对值a有物理意义的双重性,有时表示P值,有时又表示物体的加速度值。原来牛顿力学中也隐含这双重性,但没有P物理量之前,其物理涵义是混乱、自相矛盾或是错误的。在做习题时,一定要依题意,来决定双重性的哪一方,比如当外P=g时,有时仅表示以单位为坦的重力场的强度值,有时仅表示以单位为加速度的自由落体运动的值,这时的g就不能再乘质量了。当物体内p=g时,表示物体处在相对重力场的静止及平动状态,仍需要以"坦"为单位来计算,表示物体处在非广义惯性运动状态,(准非广义惯性运动状态则是非g值的不自由落体加速运动状态)这时物体必有广义惯性力(重力)与其反作用的真正的外力存在。

由于惯三律取代了牛二律的理论核心地位,当然,其解题思路及解法也具有取代性。惯三律与牛顿力学的解题思路及解法的区别的关键就在于:合外力的解法,在今后仍可继续运用。但在针对某一物体的受力分析过程中,该物体的质量与其内部的ρ梯度值的乘积值仅是该物体的广义惯性力的值,其力的反作用力,才是真正的合外力。牛顿惯性力、惯性离心力、科里奥利力与重力都是真实的该物体的广义惯性力。
例题1:

一辆装满水的车厢以恒加速度a1=10m/s2在水平轨道上运动,一个质量为m=2kg且运动方向(以车厢为参考系)的加速度为a2=8√2m/s2的小球从车厢上部落下(不接触车厢壁),求小球的阻力f及其与垂直线的夹角θ。(示意图略)

解:地面重力场P1=10(坦)。

(1) 水平方向的车厢外P1=0,其内P为P2,依运动定律,P1-P2=a1,即-P2=a1=10(坦)。(2)垂直方向的车厢内P3及车厢加速度a3,依运动定律,P1-P3=a3,因其相对地面平动,a3=0,即P1=P3=10(坦)。(3)车厢合内P42=P22+P32=102+102=200,即P4=10√2(坦);夹角由tgθ=p2:p3=10:10=1,得θ=450。(4)小球外P4,小球内P5,P4方向,依运动定律,P4-P5=a2,即P5=P4-a2=10√2-8√2=2√2(坦)。依广义惯性力定律,F=mP5=2×2√2=4√2,又依互为作用力定律,f=-F,即f=4√2(牛顿)。答:略。注:如把惯三律的一些特殊情况转化为一系列推论,直接用其推论,则解题步骤将很简单。

例题2:

一架质量为m=5000kg的飞机,在竖直环行轨道上以速度v=100m/s飞行,求:(a)环行轨道的可能的最大半径r;(b)在其环行轨道最低点处作用于飞机上的升力f。(示意图略)

解:(a)在可能的最大半径的环行轨道的最高点处,飞机的内P=0,飞机的外P=g=10(坦),依运动定律,P外-P内=a,故P外=a =10(米/秒2),而a=v2/r,故P外=v2/r,r=v2/P外=1002/10=1000(米)。(b)在此轨道最低点处,依运动定律,P外-P

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