作者:黔中愚者(讨论稿)摘要:根据建立在伽利略斜面实验和水轮实验进行类比分析论证获得有关物体惯性其内在物理机制认识的基础上,从对经典牛顿力学三大运动定律之间的相互关系和牛顿晚年所遇到的力学困惑问题进行剖析,尤其是由牛顿第三运动定律对于描述、诠释和阐明物体是如何从静止到发生运动状态的动力机制、规律和原理所引发的责难悖论进行深入探讨,进而推导出有关牛顿力学的第四条运动定律,即“永动力学定律”。
这条定律深刻揭示了自然界一切物体产生运动的内在根源,是作为构成自然物体运动的两个具有对立统一关系的作用力和反作用力相互矛盾造成的结果。
本文主要包括四个部分:一、问题缘自牛顿上了上帝的当二、力的三大要素分析三、天体运动状态改变的内在机理四、作用点位置的确定是打开破解“上帝第一推动力” 问题的“金钥匙”和牢固建立“永动力学定律”的重要科学依据关键词:上帝第一推动力 作用力 反作用力 作用点位置 对立统一矛盾牛顿第四运动定律引言:古人云:“不识庐山真面目,只缘身在此山中”,当局者迷,旁观 者清。
地球作为围绕太阳运动的这颗人类赖以生存的行星家园,由于牛顿晚年时置身于相对封闭而有限狭隘的地域空间里,看不到造成行星围绕太阳运动的原因是两个自然力对立统一矛盾结果使然的“真面目”。
故此,断言指出是上帝给行星天体一把推力使其绕日运转的这一错误观念,继而以致于这一荒谬言论所引发的力学悖论问题在人类社会发展长达已有三百多年历史的今天仍未得到彻底破解,成了中外有史以来悬而未决的力学之谜——即上帝“第一推动力”问题。
“上帝推力如此迷魅,引无数学人竞折腰”,笔者自不量力本着“初生牛犊不怕虎”的精神和勇气,也加入到了揭秘上帝第一推动力问题的探索行列中,以己井蛙之见谈谈个人的看法。
上帝“第一推动力”问题一直是历来困扰许多物理学家的恼人问题,不同时代的人们给出了不同的看法,但都无一公认满意的定论。
对此,本文以粗浅的见解,立足于自然辩证法的视角和观点,试图对该问题作初步的探究。
由于个人主观因素参与对复杂问题的讨论难免出现差错,所以有待期盼得到学界同仁们的批评指正,进一步完善。
一、问题缘自牛顿上了上帝的当1687年,伟大的英国科学家艾萨克-牛顿在其大作《自然哲学的数学原理》中,提出了物体运动的三大定律和万有引力理论。
万有引力的重大发现为人类解开认识宇宙奥秘提供了科学的理论依据。
按照传统经典牛顿力学的观点,认为支配和推动宇宙运动的原因是由于万有引力的存在所致。
然而,牛顿力学的一些缺陷导致了他在晚年对于如何诠释和阐明宇宙的“第一推动力”问题上时不能自圆其说而遗憾终生。
因为仅有某一神奇力量的存在也很难构成现实的物体运动。
比方说,苹果是由于受到引力的作用才从树上掉下来的,但是如果没有一种与引力性质相反的神奇反作用力的存在,试问该苹果是如何能“长”到树上去的。
如果苹果不能依赖于某种神奇的力量而“长”到树上去,那么又何来的“引力”呢?因此,作为支配和推动宇宙万物运动的力应该是作用力和反作用力这两种既对立又统一的矛盾,只有当具备这种对立统一矛盾属性时才能造就宇宙万物作永恒的运动。
不过,作用力和反作用力作为支配和推动物体运动的基本矛盾在牛顿第三运动定律看来是说不通的,因为当物体之间发生矛盾受到作用力和反作用力时,二力大小相等,方向相反,相互作用在同一几何直线的公共中心点上时,物体就“动”不起来了。
由于牛顿的这一力学逻辑悖论,自有史以来未能得到彻底的解决,也正是这个根本缘故,才导致了后来许多在物理学领域探究的专家、学者对牛顿力学(包括有关物体惯性其物理机制问题)进行讨论时提出了许多质疑。
第一、从牛顿第一运动定律“一切物体在没有受到力的作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态”【1】(现代表述)来看,其所阐述的物体运动仅是属于静力学和运动学讨论的范畴,虽说他也描述了物体的两种运动状态:一种是静止状态;一种是匀速直线运动状态。
可是在现实的物体运动系统中,运动是极其错综复杂的,哪有不受自然力相互作用的物体,哪有第二种绝对极其理想的匀速直线运动状态。
考虑牛顿有关物体是否受力作惯性运动的观点和看法所造成逻辑体系上的不自洽,其合理性受到了爱因斯坦的严厉驳斥,他曾深为不满地批评指出:“经典力学想要说明一个物体不受外力,必须证明它是具有惯性的,想要说明一个物体是具有惯性的,又必须证明它不受外力”。
第一条运动定律实际上所描述的是物体“静者恒静”或“动者恒动”的情形,那么“静”和“动”两者之间究竟有何内在必然的联系呢?因而,牛顿本人并不能完全诠释清楚物体是如何在力的迫使下改变原来的那种状态,尤其是阐明物体如何从静止到发生运动转变时的动力学机制、规律和原理。
第二、可能会有人反驳说,牛顿的第二运动定律“物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比,跟物体的质量m成反比,加速度a的方向跟合外力的方向相同”F=ma【2】(现代表述)是足以解决物体是如何从静止到发生运动的动力学机制、规律和原理的问题的。
对此,有关物体是如何产生运动时,牛顿的回答是,物体的运动跟合外力成正比,亦即加速度定律所描述的实际情形。
但殊不知,当我们将第二运动定律与第三运动定律作了严谨的考察研究之后,就会发现这两者之间存在内在的必然逻辑矛盾,合外力对物体加速的作用机制至今仍是未解之谜。
从牛顿的第一运动定律和第二运动定律来看,牛顿认为在错综复杂的物体存在中,物体要么保持匀速直线运动状态,要么保持静止状态,两者之间毫无任何必然联系。
在这两种互不相干的运动状态中,尤其是运动物体状态的改变,即获得加速度,除非有外力的干预,否则就保持原状。
比如行星绕日问题,在牛顿看来必须借助上帝的“神臂”给予一把推力,才能加速改变状态。
对此,牛顿曾虔诚遗言:“没有神臂,我不知道自然界中有哪种力量能够引起这种横向运动”,“这样,重力可把行星投入运动,但是没有神力它就永不能投入圆周运动,像它们绕太阳运行那样。
所以为了这个和其它理由,我迫不得已把这个系统的结构归之于一个有理性的动因”【3】,很显然,牛顿已经对上帝万能的神力深信不疑了,完全否认了自然力客观存在的这一物质属性,而后人在对这个大是大非的力学问题上,表现得更为麻木不仁,不知所措,也迷惑不解,非常令人遗憾匪夷所思。
第三、牛顿第三运动定律“两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反”【4】(现代表述)所描述的是两个物体的运动状态,实际上一切物体都归结为有关两个物体二力静力平衡的问题,也就是说一个物体的运动受到另外一个运动物体的牵制。
这条定律是足以解释清楚物体“静者”何以“恒静”的特殊问题,亦即说物体要始终处于静止状态,即受到另外一个物体作用在该物体上具有对立矛盾关系的二力必须是大小相等,方向相反,并且作用力和反作用力都在同一几何匀速直线运动的公共中心点上。
但是如果按照牛顿的这种说法,单个物体如何运动且不说,物体与物体之间,或者两个物体与第三物、第四物体甚至无数个物体之间,也就是说宇宙间的一切物体之间的力都遵循这一规律,那么其它任何单个物体岂能运动起来?当一切运动物体都满足第三定律这一条件和要求时,就会呈现为“静者恒静”这种状态,而绝不是“动者恒动”的状态。
这就如同势均力敌的运动员进行拔河比赛一样,不分胜负,想必这个简单的道理我们是应该知道的。
那么,要问单个物体,两个物体,三个物体以及无数个物体是如何能“动”起来呢?其动力机制,规律和原理是什么?那就不得而知了。
而牛顿认为物体产生运动,需要合外力来参与加速,但问题又来了,如果某一物体一旦获得了某种具有四维时空特性的“合外力”作用时,当然这里必须强调讲究力的约束,不能没有任何条件限制,那么就必然存在该物体也同样在某种具有四维时空特性的“合内力”与之对应和对等的反作用力存在,即“合外力”与“合内力”二力大小相等,方向各向相反,并且运动方位“共点同一线”的各向都服从和遵循牛顿第三运动定律所描述的实际情形。
最终的结果是,无论是作为理想质点无规则的自由运动,还是作为理想刚体有规则的平动或转动都必然“动”不起来。
为了寻求这个合外力,牛顿为此付出了毕生的精力和时光到头来无果而终。
最后,不得不坚信上帝的“第一把推动力”的存在,寄希望于上帝宽厚的仁慈和不吝的恩惠来解答他心中的力学疑虑问题。
而聪明的爱因斯坦则回避和绕过这一恼人的问题,婉言谢绝了上帝的“宠爱”,回到了他的广义和狭义相对论立场上来。
如果说,上帝在创造这个宇宙,这个原本就静止了的物质世界的第一天,给了一把推力,就促使我们目前所看到的这个时刻不停地运动着的物质世界状态,而目睹眼下的实际情形是物质体系所固有的惯性性状是有悖于上帝的意志的。
为什么这么说呢?因为在我们的感官视觉中所看到的景象并不完全是由上帝神臂之手所推动的物体都处于永无停止的运动状态。
假如说上帝的第一把推动力不足以推动这个宇宙物质世界,抑或说上帝的第一把推动力刚好等于宇宙物质世界所给他的那个反作用力。
那么,可以想象,上帝也就无能无力,无所作为了。
然而,在我们身边所发生的一切现象,所有物质的,物体的东西都确确实实在时刻发生变化,永不停息,这又该如何解释呢?当然,如果有人仍然坚信上帝的存在,并且声称上帝的“第一推动力”要大于宇宙物质世界给了他的那个反作用力的话,那么请问上帝在哪里?有没有办法检验上帝“第一推动力”存在的手段呢?因此,上帝是没那么万能的,当然也就不存在上帝“第一推动力”之说了。
二、力的三大要素分析既然上帝和上帝“第一推动力”不存在,那么宇宙是如何运动起来呢?在谈到讨论运动的时候,我们通常是把自然力和运动联系起来加以探究的,没有任何自然力作用的“运动”是难以想象和理解的。
关于力和运动的关系,中科院自然科学史研究所阎康年研究员指出:牛顿“在1668年左右写的《论流体的重力和平衡》中,他基本上采用了伽利略对力下的定义1:力是‘运动或静止的原因’。
牛顿这时的力的定义为2:‘力是运动和静止的原因,或者是加在某一物体上的外因,产生或破坏它的运动……;或者力是内因,物体的运动或静止由这个内因而保持下来。
……’这个定义包括外加力和惯性力,但是其基本内容是‘力是运动和静止的原因’”。
【5】又经过了20年的深思熟虑,牛顿1687年在《自然科学之数学原理》中,仍坚持这个思想——力,包括惯性力和外力,并用定义3和定义4分别进行定义:(定义3 vis insita ,或物质固有的力,是一种起抵抗作用的力,它存在于每一物体当中,大小与该物体相当,并使之保持其现有的状态,或是静止,或是匀速直线运动。
……这个固有的力可以用最恰当不过的名称,惯性或惯性力来称呼它。
定义4 外力是一种对物体的推动作用,使其改变静止或匀速直线运动的状态。
)【6】由此可见,在多样性统一错综复杂的物质运动中,物体的存在状态有些是处于静止状态,有些是处于运动状态。
力的内外效应是发生在物体与物体之间的相互作用之中的,当一物体对另一物体施以同等的作用力时,那么另一物体对该物体也必然产生同等的反作用力,这是由物体固有的惯性所决定的。
依据建立在伽利略斜面实验和水轮实验进行类比分析论证获得对有关物体惯性及其内在物理机制认识的基础上,从纯粹几何力学角度有关力的三要素意义分析来看,无论是同一单个物体,还是两个物体,三个物体以及无数个物体之间的运动都是“自然力两力对立统一矛盾相互作用”所引起和造成的结果,并且同一单个物体、两个物体、三个物体以及无数个物体在静止、相对运动和绝对运动等三种不同运动状态之间存在内在的必然联系,并且相互转化。
而转化的前提是基于作用力和反作用力效应在特定时空参考系中,两力始终相等,方向相反,由于力的作用点位置不同导致了静止、相对运动和绝对运动等三种不同的运动状态。
牛顿所谓的上帝“神力”实际上就是人们要探讨的自然力,这一自然力其“神秘”性就隐藏在客观物质世界的永恒运动之中。
为了直观、形象地阐明物体从静止到运动状态发生改变时的内在动力机制、规律和原理,我们采用简易的示意图来加以说明和描述。
我们用箭头“→”和“←'分别表示作用力和反作用力的方向,用实心质点“.”表示作用点,用字母“ F1”表示作用力,用字母“F2”表示反作用力,方位坐标中心用字母“O”表示,作用力和反作用力的作用点分别用字母“O1 ”和“O2'表示,如图所示:OF1 →O1...O2←F2 br />(图1-1).O2←F2.OF1→O1 .(图1-2). O2←F2OF1→ O1 .(图1-3)从二维平面简图(图1-1)上看,当明确建立某一物体处于具有四维时空特性中的二维平面笛卡尔坐标中心点“0”时。
按照牛顿第三运动定律所描述的情形,显然不难看出,物体所受到的作用力和反作用力,两力大小相等,即F1 =F2,方向相反,并且作用力F1的作用点O1和反作用力F2的作用点O2都在同一几何直线运动的公共中心点0上。
两个力的作用点,可以看作是相互“碰撞”的点,实质上是无限接近于公共中心点“.”。
由此,设定相应的关系量计算可知,牛顿第三运动定律描述的物体运动状态,实际上是二力平衡为静止物体所固有的特性。
同时也表明该物体在任何具有四维时空特性变换中,是没有发生万向性的位移,二力合力为零,其动量、角动量、动能和能量都为零。
物体的一切运动属性没有发生任何变化,都自身等同,从逻辑上说“A=A”,并不是“A=非A”的关系,这已由“水轮实验”(见甲图:1-1)【7】所验证。
然而,当我们从(图1-3)来仔细考察时,就会发现,同样是作用力和反作用力相互博弈的情形,二力大小也同样相等(F1=F2)。
在互为垂直相交于点“0”的左右两个不同对称参考系的空间里,方向也具有相反的属性,两个力的作用点分别在由同一几何曲线构成圆周运动的两个不同的对称平行的切线点“O1和'O2”上。
当这两个力发生矛盾时就会产生顺时针或逆时针偏转运动,两者的合力为非零的二力之和。
此时,动量、角动量、动能和能量都发生了显著的变化,或趋向于无穷大,或趋向于无穷小,这已为由“水轮实验”(见丙图:1-3)所验证【8】。
介于静止和偏转运动之间还存在有一种运动情形,即由摩擦力产生的相对运动,如(图1-2)这已由“水轮实验”(见乙图:1-2)【9】所验证。
一般而言,作用力和反作用力在现实世界的具体表现形态中是极其纷繁复杂的,但万变不离其宗,都是两个力的矛盾,由两个力的对立演变为多样性统一的复杂体系,是自然界、宇宙万物和一切物质世界永恒运动的根本原因,并且物与物之间相互转化是通过作用力和反作用力的矛盾来实现的,遵循物理的一般发展规律,具有如下的基本特征和本质联系:运动类型两个力作用点的位置两个力的基本特征两个力的守恒情况静止OF1 →O1 ...O2←F2正面碰撞静力平衡 (F1 +F2=0)相对运动.O2← F2.OF1→O1 .侧面摩擦摩擦力平衡 (F1+ F2≠0)绝对运动. O2←F2OF1→O1 .围绕圆心互动,各自平衡运行而不悖动力平衡(F1+ F2﹥0)在自然界中,作用力和反作用力一般都是成双成对对立和统一的。
作用力本身即是作用力和反作用力的对立和统一,而反作用力本身亦即是作用力和反作用力的对立和统一,一切自然力的构成系统如此类推,以至于无穷。
从微观的角度来看,作用力和反作用力可以无限细分,从宏观的视角来考察,作用力和反作用力两者又重新构成错综复杂的庞大力系,如:作用力{...... ......}作用力作用力{ } 作用力反作用力{...... ......}反作用力自然力系{ }自然力系作用力{...... ......}作用力反作用力{ }反作用力反作用力{...... ......}反作用力作用力和反作用力两者对立统一矛盾的相互作用是决定产生、维持和改变物体运动状态的内在根本原因,两力对立统一矛盾的作用点位置是严格区分暂时静止、相对运动和绝对运动等三种不同运动状态的重要标志,也是正确理解物体本身固有惯性及其起源内在物理机制相互转化的一条重要途径。
【10】。
三、天体运动状态改变的内在机理依据牛顿的万有引力观点,自然界中任何两个物体之间都有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比,而与它们之间的距离的平方成反比。
如果用m1、m2表示两个物体的质量,r表示它们间的距离,则物体间相互吸引力为F=(Gm1m2)/r^2,G称为万有引力常数。
由于物体和物体之间是相互吸引的,所以其中任一物体对另一物体来说,都是对立的。
对立面的相互作用情形是,当一物体对一物体产生吸引的作用力时,另一物体对该物体也产生吸引的“作用力”,就方向而言,此“作用力”可视为一物体对另一物体产生的反作用力,反之亦然。
两者的相互作用,都统一于这一矛盾运动的体系之中相得益彰。
按照建立在伽利略斜面实验和水轮实验进行类比分析论证获得对有关物体惯性及其内在物理机制认识的基础上,结合对牛顿万有引力定律与三大运动定律关系、作用力和反作用力对立统一的矛盾关系,现在我们就以太阳系中日地月系三体的相对运动情况为例作进一步的机理分析。
1、太阳对地球的作用效应当日对地施以向心的引力时,地也对日施以向心的引力。
从两者的对立关系来看,日对地施以向心的引力是作用力,而地对日所施以的向心引力对日来说,在同一几何直线连接的作用方向上是反向的,因而地对日所施以向心引力为日的离心斥力(这种具有反引力的特性是导致天体、星系间彼此远离的重要原因)即反作用力。
2、地球对月球的作用效应当地对月施以向心的引力时,月也对地施以向心的引力。
从两者的对立关系来看,地对月施以向心的引力是作用力,而月对地所施以的向心引力对地来说,在同一几何直线连接的作用方向上是反向的,因而月对地所施以的向心引力为地的离心斥力(反作用力)。
3、太阳对月球的作用效应当日对月施以向心的引力时,月也对日施以向心的引力。
从两者的对立关系来看,日对月施以向心的引力是作用力,而月对日所施以的向心引力对日来说,在同一几何直线连接的作用方向上是反向的,因而月对日所施以的向心引力为日的离心斥力(反作用力)。
从日地月系三体各结构系统的相对运动情况来看,如果我们认为日地月系三体各结构系统之间的相对向心引力分别不是大小相等,方向相反,并且各结构系统的作用点不是在其中任何两体相互吸引构成该系统由同一几何直线连接的公共中心点上的话,那么日地月系三体之间各结构系统必然由于力的大小不等而相互吸引碰撞“粘”在一起,而不是现在我们所看到发生的相对运动情形。
鉴于日地月系三体各结构系统确实是发生了相对运动的这一事实。
从逻辑上来推测,日地月系三体中任意两体结合系统要产生相对运动必须要有力,而当各自的相对向心引力,二力大小相等,方向相反,作用点在其中任意两体结合构成该系统由同一几何直线连接的公共中心点上时,日地月系三体必然就运动不起来,倘若要运动起来,日地月系三体任意两体结合系统连接的作用点必定不在其中任何两体构成该系统由同一几何直线连接的公共中心点之上,必定在由同一几何曲线构成其中任意两体结合系统发生相对运动的两个不同对称平行的切线点轨道之上,也就是说日地月系三体的相对运动,当存在至少有两个各自对立又统一的相对向心引力作为作用点围绕日地月系三体任意两体结合系统中其一体圆心作非线性的互动时,就会产生自转(或保持自身静止)和公转的相对运动情形。
就日地月系三体中的单个天体和天体与天体之间相对运动的位置而言,根据万有引力定律、第三运动定律和作用力与反作用力的辩证关系,由此我们可以看出:首先,任何每一个天体本身即是向心引力和离心斥力既对立又统一的矛盾体系。
由于向心引力和离心斥力相互纠缠较劲维持在一个相对稳定的平衡状态,才不至于使它自身无限收缩塌陷为一个“奇点”,或无限膨胀形成一个超级巨大的天体。
其次,由于天体与天体之间各自相对向心引力(离心斥力)所受到的两个彼此相互作用力,大小相等,方向相反,并且作用力(相对向心引力)的作用点和反作用力(相对向心引力,即离心斥力)的作用点都在同一几何直线连接相对运动的公共中心点上,天体之间便保持在一定的相对位置。
第三,当向心引力和离心斥力的作用点作用于天体的由同一几何直线连接的公共中心点(圆心)上时,该天体就处于静止状态;当向心引力和离心斥力的作用点作用于天体由同一几何曲线构成该体圆周中心运动的两个对称平行的切线点上时,该天体就处于自转的运动状态。
而天体的公转运动也就在自转(或保持自身静止)的基础上与周围其它天体构成新的运动系统,在万有向心引力和万有离心斥力的相互作用下,遵循着向心作用力和离心反作用力既对立又统一的矛盾规律永恒运动,以此类推,宇宙中的一切天体的运动也因此而产生。
第四,当无数的向心引力以漩涡场的形式存在大于无数的离心斥力以漩涡场的形式存在时,该天体就趋于收缩塌陷;当无数的向心引力以漩涡场的形式存在小于无数的离心斥力以漩涡场的形式存在时,该天体就趋于膨胀分裂。
一般认为,爱因斯坦的广义相对论是用于描述宇宙演化的正确的理论。
然而,在经典广义相对论的框架里,霍金和彭罗斯证明了在很一般的条件下,空间和时间一定存在奇点,最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。
在奇点处,所有定律以及可预见性都失效。
奇点可以看成空间时间的边缘或边界。
只有当给定了奇点处的边界条件时,才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化。
由于人们没有从根本上认识到向心引力和离心斥力的这种既对立又统一的辩证矛盾关系,因此对宇宙运动演化的认识,要么持着极端的“万有引力”论,要么持着极端的“万有斥力”论,当对于宇宙运动演化所依赖的边界条件不能给定时,只能幻想由宇宙以外的“造物主”所给定,所以宇宙的宿命就只好被操纵在万能“造物主”上帝的手中。
这就是从牛顿时代起一直困扰人类智慧的第一推动力的问题。
至此,一切作为具体运动形态的物体,无论是无规则的自由运动,还是实在的有规则的运动,如微观基本粒子的自旋(正负电子相互缠绕)、气体分子的运动、电子围绕原子核的运动、宏观机械运动、宇观中行星的自转和公转、星系团的漩涡运动等等,其作用力和反作用力在能量的相互转化过程中都始终守恒。
在整个广袤无垠的茫茫宇宙中,力是自然存在的,而且是永恒存在的,到处都充满无穷的力,作用力和反作用力无处不在无时不有。
正是因为有了电磁辐射中能量以力的相互吸引和排斥的波动效应在空间场的无限传播,我们才能借助天文观测工具与空间电磁场相互作用,观测到几百万光年以外的宇宙空间和测算出宇宙的诞生时间以及它的天文年龄。
四、作用点位置的确定是打开破解“上帝第一推动力” 问题的“金钥匙”和牢固建立“永动力学定律”的重要科学依据通过对自然力的三要素和天体运动状态改变的分析,使我们进一步地认识到力不仅是产生、维持和改变物体运动状态的原因,而且力的作用点位置在产生、维持和改变物体运动状态过程中始终起着决定性的作用因素。
由于两力(即将具有各种性质的所有自然力都归结为“作用力”和“反作用力”来分析处理)的作用点位置不同,才呈现出自然力的各种不同表现形式,造就了暂时静止、相对运动和绝对运动等三种不同的运动状态。
事实(已为“水轮实验”所证实)表明,一切旋转体,无论是自然旋转体,如太阳系中各大行星的运动,还是人造机器,如水轮机、风机、电动机和发电机以及地球卫星等等的转动,其运转机制都是作用力和反作用力围绕圆周中心互动,并且各自平衡运行而不悖。
从以上的分析来看,物体产生运动必须要有力,而当作用力和反作用力,二力大小相等,方向相反,其两个作用点位置在同一几何直线的公共中心点上时,物体必然就运动不起来。
倘若要运动起来,作用力和反作用力的两个作用点位置必定不在同一几何直线的公共中心点上,如(图1-1)所示,必定在由同一几何直线变为曲线构成圆周运动的两个不同对称平行的切线点之上,即由原作用力和反作用力的两点位置发生矛盾冲突形成方向相反的对立情形,如(图1-2)和(图1-3)所示。
如此说来就自然产生了两个力作用点位置的互动机制、规律和原理的合理逻辑,也只有这种合乎逻辑的推导所构成的系统思维,才能描述、诠释和阐明物体是如何从静止到发生运动转变时的动力机制、规律和基本原理。
因此,由牛顿第三运动定律对于描述、诠释和阐明物体是怎样从静止状态到发生运动的动力机制、规律和原理所引发的责难悖论不难看出,当确定两个自然力的作用点位置由(图1-1)变为(图1-2)或(图1-3)时,就可以直接推导出有关物体绝对运动的一条自然规律,即“物体发生运动时,至少受到两个大小相等,方向相反的力相互作用,作用力和反作用力分别在由同一几何曲线构成圆周运动的两个不同对称平行的切线点上,合力为非零的二力之和:F(F1 +F2)﹥0”。
由于首先是牛顿第一次提出并论述有关物体的运动状态,所以我们仍将描述物体从静止到产生运动的动力学机制、规律和原理称之为“牛顿第四运动定律”。
再者,这条自然规律是揭示和描述有关物体做绝对永恒运动皆由自然力两力对立统一矛盾所造成的结果,因此,我们也可以将该规律称之为“永动力学定律”,这条自然规律已由“水轮实验”:丙(图 1-3)所验证【11】。
从这个意义上说,绝对运动的本质和根源是作用力和反作用力对立统一的矛盾体系,是两个力的作用点分别在围绕圆周中心互动各自平衡运行而不悖的结果。
一切静止物体服从于牛顿第三运动定律,而一切相对运动和绝对运动服从于牛顿“第四运动定律”,即“永动力学定律”。
如果没有作用在物体上的两个力,大小相等,方向相反,两个力的作用点处于同一几何直线的公共中心点上,则没有该物体的暂时静止状态;如果没有作用在物体上的两个力,大小相等,方向相反,两个力的作用点处于由同一几何曲线构成圆周运动的两个不同对称平行的切线点上(内切点,或外切点),则没有该物体的绝对永恒运动,而且这种永恒运动是无条件的。
介于两者之间的运动则是由摩擦力产生的相对运动。
从辩证唯物主义的自然观来看,运动是物体最基本的自然属性,没有无物体的运动,也没有无运动的物体,物体和运动形影不离。
作为构成物体运动状态所依赖且取决于自然力(F)的两个要素条件:作用力(F1)和反作用力(F2)两者对立统一相互矛盾关系,若将牛顿第二运动定律修改为:“F(F1 +F2)=ma“即遵循自然力两力对立统一看作宏观低速运动下的矛盾运动规律与微观高速(光速或超光速)爱因斯坦的质能转换(E=mc^2)规律统一起来进行定量和定性分析处理时就有如下关系:设c^2=a,将a=F(F1+ F2)/ m代入E=mc^2,有 E=mF(F1+ F2)/ m,则E=F(F1+ F2)。
因而,由此证明物体所受自然力两力作用的大小和形成是由构成不同物体的”质量“和”能量“决定,与牛顿绝对时空的“合外力”和上帝的“神力”无关。
总而言之,上帝“第一推动力”是人为抽象化的观念,而非客观事实,是牛顿晚年时的力学困惑问题,从一定程度上与他自持机械的形而上学这一世界观和方法论有关。
同时也表明了人类是极富有想象力的。
在牛顿所处的那个时代,人们对“造物主”有关万事万物运动、变化和发展等本源问题的终极追问和探究,这在物理学史上,是有一定积极意义的。
也正是由于对这个终极问题的好奇和求索,才不断推动促使人类进一步深入对物质世界运动规律的认知和把握,从而更加和谐、理性和能动地改造这个物质世界。
(尚待完善)后记:本文主要借以探讨上帝“第一推动力”问题,旨在从牛顿的力学逻辑悖论中所推导出来的牛顿“第四运动定律”,即“永动力学定律”,这条自然规律是描述有关物体“动者”何以“恒动”的动力学机制、规律和原理。
从理论力学分类的意义上说,由此诞生了一门新的自然科学学科——姑且称之为“永动力学”。
这门学科有别于以往传统机械动力学理论,主要研究对象和内容是如何利用自然力的对立统一矛盾关系,尤其是探究如何利用物质世界的“重力势能”和“永磁势能”转化为人类生产、生活需要的电磁能,即解决当下人类面临日渐枯竭的化石能源危机问题。
只要自然界中的作用力和反作用力依然存在,作为一切构成宇宙的物质世界将无始无终地永恒运动下去。
在这条自然规律的指引下,人类科技文明发展将迈向新的历史征程和美好前景。
参考文献:【1】1687年7月 艾萨克·牛顿《自然哲学的数学原理》【2】 1687年7月 艾萨克·牛顿 《自然哲学的数学原理》【3】1987年7月9日阎康年撰文 《关于牛顿科学思想的哲学评价问题》【4】1687年7月 艾萨克·牛顿 《自然哲学的数学原理》【5】阎康年,牛顿的科学发现与科学思想[M],湖南教育出版社,1989:154、134~141【6】牛顿,自然哲学之数学原理[M],北京大学出版社,王克迪 译,2006:1~8【7】2020年10月10日,黔中愚者,撰文,《关于伽利略斜面实验及其惯性物理机制的研判》【8】2020年10月10日,黔中愚者,撰文,《关于伽利略斜面实验及其惯性物理机制的研判》【9】2020年10月10日,黔中愚者,撰文,《关于伽利略斜面实验及其惯性物理机制的研判》【10】2020年10月10日,黔中愚者,撰文,《关于伽利略斜面实验及其惯性物理机制的研判》【11】2020年10月10日,黔中愚者,撰文,《关于伽利略斜面实验及其惯性物理机制的研判》