惯性原理探讨 闫赤元 (天津市宝坻区寰宇生命科学创新研究所) 摘要:惯性原理探讨简介发展基础研究,加强原始创新,必须重新认识自然现象,探索自然规律。也就是重新对原始理论进行分析。本文通过对惯性的内涵、伽利略的惯性认识、迪卡尔的惯性原理以及当时的时代背景进行分析,得出迪卡尔惯性原理与地动学说相结合的现时存在的狭义惯性定律。通过对狭义惯性定律的分析认识了惯性运动物体的受力情况并得出直线相对性认识。通过对自然界普遍存在的具有保持性的事物分析 ,得出广义惯性定律。以上观点的确立为今后生命科学的基础研究准备了条件。 关键词:惯性 惯性运动是普遍存在的 狭义惯性定律 直线的相对性 广义惯性定律 物理学是研究物体的结构和相互作用以及它们运动规律的科学。它寻求的是自然界中物体最普遍最基本的运动形式。惯性原理是物理学最基本的理论。众所周知,牛顿惯性运动形式在自然界中是不存在的。惯性系也是虚构的,其不科学因素人所共见,它又是几百年前的科学认识,科学发展到今天,我们有必要对其进行重新分析。 1、什么是惯性 首先我们要认清楚什么是惯性。惯性就是物体保持某一运动存在状态的属性。简单的说就是保持性。然后我们再观察自然界中一切事事物物以及我们自身,哪一事件没有保持性呢?因此惯性是所有物体运动存在的属性。即物体运动存在的惯性不仅是物体运动本身的运动存在属性,更是它所在惯性系的运动存在属性,而不是物体孤立的运动存在属性。也就是说,物体的惯性运动,不能离开它所在的惯性系而独立存在。因此物体运动存在的惯性是每一个物体都具备的,无一例外。即每一个物体正在有规律地运动着,并将按此规律持续运动存在下去。非惯性运动是惯性运动物体受外力作用,改变原来惯性运动形式而生成了新的运动形式,这种新的运动形式仍然具有保持性,从而形成新的惯性运动。因此,物体的惯性运动是绝对的,非惯性运动是相对的,惯性运动是自然界普遍存在的。 电子在匀强磁场中作匀速圆周运动,是惯性运动。其运动存在状态在不改变条件情况下永远保持下去。地球自转是惯性运动,地面上静止的物体随地球自转作惯性运动。地球绕太阳运转是惯性运动。动物的习惯动作,基因遗传及各种种群的繁衍都是惯性运动。这些惯性运动物体都不能离开所在的惯性系,否则物体惯性运动存在形式就会改变。电子离开匀强磁场,匀速圆周运动就不存在了;地球离开太阳系也就不能绕太阳运转;各种种群离开它的生存环境也就会灭亡。惯性运动存在的物体离开惯性系后,其惯性运动存在形式消失了,原惯性系也随着消失了。就是说惯性运动物体与惯性系是不可分的。当我们改变匀强磁场强度,电子在匀强磁场中的匀速圆周运动就被破坏,代之而来的是新的匀速圆周运动。在一个无空气密闭容器中放一个摆动的单摆,在没有外力作用的情况下,单摆摆动为周期性惯性摆动,在外力作用一次后,单摆摆动惯性被破坏,代之而来的是新的周期性惯性摆动。原单摆惯性系不存在了。因此说,惯性是绝对的,非惯性是相对的。 2、绝对空间的引入 既然物体惯性运动及惯性系都是现实存在的,那为什么牛顿的惯性原理是理想的呢?为此我们应该对牛顿的惯性原理产生过程进行分析。如所周知,牛顿的惯性原理是伽利略提出的,迪卡尔完善的,牛顿只是引入了绝对空间的假设。从这里我们可以看出,惯性原理与绝对空间惯性系不是同时产生的。那么在牛顿引入绝对空间以前,迪卡尔惯性原理是相对哪个参考系的呢?如果我们对伽利略、迪卡尔时代的科学背景进行分析,我们不难认识到,他们所在时代的世界观主要是天圆地平的观点。虽然地动学说在当时已经出现,但它对人们世界观的影响还只局限于天文学范围之中。伽利略惯性原理只是:物体在没有受到外力的情况下,永远保持其原来的运动存在状态。他并没有对运动形式进行描述。迪卡尔惯性原理是以地面上保持静止或地面上保持匀速直线运动物体作为研究对象的。他们都是以自然界作为参考系,以地面上某一点作为参考点。迪卡尔通过对地面上静止和匀速直线运动物体受力分析,得出物体所受地面支持力与重力和为零。从而产生惯性原理不受力的前提。 迪卡尔惯性原理是以自然界地面上静止或匀速直线运动物体作为研究对象,在天圆地平世界观基础上建立的,因此迪卡尔的惯性系是自然界现实存在的参考系。牛顿为了协调地动学说与迪卡尔惯性原理之间的矛盾,引入了理想的绝对空间参考系。 科学哲学主要是把科学作为知识体系,对之进行认识论与方法论的研究。但认识的最终目的不是知识本身,而是改造世界的实践活动。对科学哲学反思也不能脱离它们所固有的实验本性。当科学理论和观察不符合时,应对其观察加以重新解释。然而牛顿并没有这样做。当他发现迪卡尔的惯性原理与地动学说发生矛盾时,即在地面上的物体不存在静止或匀速直线运动状态时,他没有对观察现象作重新解释,而是引入了一个理想的绝对空间参考系,用以协调迪卡尔的惯性原理陈述完美不变。从而使惯性原理脱离其固有实践本性,成为理想化的虚构的理论。 既然牛顿的惯性原理脱离其固有的实践本性,是错误的。我们就应该对迪卡尔的惯性原理与地动学说的矛盾作重新分析。 3、狭义惯性原理的产生 物体的性质决定于物体的结构。对于物理学中基本概念、规律的研究,不仅要对相关的自然现象进行分析研究,更应注意与之相关的物理模型。因为对某一现象的观察研究的结果,往往只能得到某些片面的知识,而对相关物理模型的深入地研究才能比较全面系统地揭示其内部规律以及与外界的联系。 匀强磁场中作匀速圆周运动的电子是作惯性运动,及迪卡尔所研究的地球表面静止和匀速直线运动的物体都是作惯性运动。这些物理模型的共同特点是,具有一定量的粒子(物体),并且具有一定结构的物体系,在其内部存在着保持匀速圆周运动的粒子(物体)。为了协调迪卡尔的惯性原理,我们就将惯性运动认定为匀速圆周运动状态(或相对静止状态),而把上述的物体系称为惯性系。由于惯性运动是匀速圆周运动,因此作为惯性系,它必须能够向惯性运动物体提供向心力和离心力。而不能把在某个惯性系中作惯性运动的物体直接认为是惯性系。惯性系是由作惯性运动的物体及具有一定结构的物体系组成的。惯性系中必须存在惯性运动的物体,且惯性运动物体在惯性运动过程中必须受到惯性系所提供的向心力和离心力这对平衡力的作用。 通过对这些物理模型的分析,我们得出与迪卡尔惯性原理相协调的狭义惯性原理:作惯性运动的物体,永远保持其匀速圆周运动状态。 由于狭义惯性运动速度不发生变化,因此作惯性运动的物体,在惯性运动过程中相对于惯性系能量得失保持平衡。 相对静止是相对匀速圆周运动物体的静止,也可以认为是相对匀速圆周运动速度为零。因此相对静止包含在匀速圆周运动状态之中。
|