廣義慣性使牛頓力學進化論文

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本文主要是對我的前兩文[1]與[2]的進一步說明。需要讀者結合我的前兩文來讀此文。由于[1]文中用引力一詞，需用[2]文與此文重新理解之。本文的例題可以增強對我觀點的理解，同時也體現(xiàn)了由于其進化性而帶來的在習題解法上的取代性、新穎性、思路明晰性及簡捷性。我的觀點核心是"廣義慣性與整體天體"，對這兩個方面的理解的最大障礙就是我們已經(jīng)習慣了的牛頓力學的思維方式。只知道用所學到的"知識"去思考世界，而不反省作為思維的基本要素--概念及各種概念、命題、觀念之間的邏輯關系的內(nèi)在合理性問題，這是科學理論研究之大忌。如果現(xiàn)有的概念、命題與觀念不能表達新的內(nèi)容，就需要改變它們，或重新建立。

一、慣性力學

嚴格說來：牛頓第三定律(互為作用力定律)應該是力學"體系"定律，是在各種作用方式力以及各種屬性力之間建立關系的定律；去掉牛頓第三定律后的廣義力學核心四定律（見[2]文），應該稱為"慣性力學"核心三定律（以下簡稱"慣三律"）。"廣義"是相對牛頓力學及牛頓慣性而言的。之所以還保留"廣義慣性"一詞，也是因為只有慣三律被大多數(shù)人接受后，才會完成它的歷史使命，再改變?yōu)?慣性"一詞。牛頓第一第二定律（以下簡稱牛二律）是慣三律的物體外部空間在ρ均勻空間情況下的定律，是其推論，不再是慣性力學的核心公設性質(zhì)的命題。

（一）廣義慣性使牛頓力學進化

愛因斯坦獨具慧眼，從司空見慣的現(xiàn)象中及自由落體運動與質(zhì)量因素無關的經(jīng)驗事實，總結出了等效原理，且明確與準確地說：物體的同一性質(zhì)按照不同的處境或表現(xiàn)為"慣性"，或表現(xiàn)為"重性"（[3]第55頁）。這個同一性就是廣義慣性，這個處境就是空間。牛頓第二定律實質(zhì)是其第一定律涵義的數(shù)學表達式。所以，廣義慣性的發(fā)現(xiàn)，其革命意義是指動搖了牛頓第一定律的核心地位。廣義慣性包含了牛頓慣性，所以，又是其進化。同時，也說明了需要建立一個取代牛二律的進化性質(zhì)的核心命題系統(tǒng)的新力學理論。廣義慣性又引出了兩種空間及其區(qū)別的新問題。這個新問題困擾了愛因斯坦的一生，走了一大圈"彎"路后，在他晚年時，才看到了解決這個問題的曙光--物體具有空間的廣延性（[3]第十五版說明），由此"廣延性"再往前走一步，就是[2]文說的ρ空間及其區(qū)別的標志是其梯度值的有否。這說明還需要一個新的涉及空間的基本概念及與其相對應的原來等效原理所沒有涉及到的新的經(jīng)驗事實：物體質(zhì)量部分的壓強梯度現(xiàn)象（注：在固態(tài)的具體物體內(nèi)部，此"壓強梯度"表現(xiàn)為"脅強"），也就是愛因斯坦的物體的空間廣延性的具體體現(xiàn)。同時也引出了物體的非剛性及其具有內(nèi)部空間結構的抽象性質(zhì)（[4]第六章）。于是，"萬事俱備"，只欠建立一個新的核心命題系統(tǒng)了。可以說，慣三律就是這個系統(tǒng)。廣義慣性是由于把"重性"也歸于同牛頓慣性一樣的物體屬性，所以，其革命意義也主要體現(xiàn)在"重力"方面。"引力"是對重力本質(zhì)的錯誤認識。廣義慣性與場概念把原來引力中的兩個平權的物體分離開來：一個是僅表現(xiàn)廣義慣性的一般（非整體）物體；另一個是具有產(chǎn)生重力場的特殊性的中心物體。一般物體與中心物體之間已經(jīng)沒有"力"的關系了。但通過重力場（原來引力場與自轉慣性離心力合成的重力場涵義需要改變）有"能"的關系（見此文的"ρ空間與能"一節(jié)）。到此為止，廣義慣性已經(jīng)完成了其邏輯任務，即取消了引力及導出了中心物體的特殊性（當然也具有廣義慣性的一般性）。這個特殊性的中心物體就是整體天體。于是，廣義慣性與整體天體就構成了理論的內(nèi)部邏輯性（也就是"自圓其說"）。廣義慣性取消了慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的區(qū)別。當然，更沒有質(zhì)量的第三個屬性--產(chǎn)生引力場。說重力場是特殊的ρ空間，也有其對應的經(jīng)驗事實，即具有重力場的質(zhì)量部分的天體，一般都具有密度及壓強（也有溫度及磁場因素）與中心距離近似反比分布（中聚度）的現(xiàn)象。同時，其現(xiàn)象也表明了這個天體（中心物體）的特殊性。中聚度現(xiàn)象已經(jīng)是整體性的一種體現(xiàn)。

（二）再看牛頓力學

為什么人們回避牛頓第二定律中的"力"（外力）的反作用力就是物體的慣性力的道理呢？就是因為把重力也當作外力（引力）時，物體本身沒有反作用力--慣性力（重力加速度與物體質(zhì)量的大小無關），這正是牛頓力學理論內(nèi)部的不能"自圓其說"的地方，這也正是愛因斯坦所注意的地方。為了回避這矛盾性（無意識的），不得不讓其"外力"擔當"廣義"的力的重任。"力是物體加速運動的原因"這一沒有條件限制的觀念，是牛頓力學最主要的思維定勢。不管是相對的加速運動還是"絕對"的加速運動，人們都在頭腦中馬上反映出來要乘上物體的質(zhì)量，使力成為其運動的原因。于是，其直接錯誤后果就是把非牛頓慣性系內(nèi)或重力場內(nèi)的物體"自由"或有阻力的"不自由"的加速運動，也當作有外力（不包括阻力）正在作用之。之所以把非牛頓慣性系中的外力慣性力叫做虛構力，是說明牛頓力學中還有第二個觀念："力是物體對物體的直接作用"--這是作用方式力，但有的教材除了摩擦力外，把作用方式力幾乎都歸結于彈性力則是錯誤的。又從這第二個觀念來看其外力慣性力時，真的不存在另一個物體來表現(xiàn)之，只得權宜稱為虛構力。當把重力也當作外力時，發(fā)現(xiàn)確實有另一個物體（中心物體）與之對應，這可是"真實"的外力了。麻煩又出現(xiàn)了，這個引力是超距作用性質(zhì)的力，從作用方式力的觀念角度來看時，又難理解了。為了讓引力回復到可理解的直接作用性，又引起了從牛頓時代起至今的許多人去虛構在兩個超距的物體之間飛來飛去的各種"微粒子"，以此物來擔當引力成為直接作用性的重任。引力本來也是虛構力，還要為這虛構的"東西"再虛構一些東西，麻煩可就大了。因為凡是具有質(zhì)量的物體都具有廣義慣性，也可以說是"萬有"慣性。之所以慣性力學在力學體系中占有主要及重要的地位，而其他屬性（如彈性與磁性等）力學占次要地位，且以"慣性力"作為力的物理單位，也是由于其"萬有"的原因。但作為表現(xiàn)廣義慣性力的重力的空間（重力場）及場源物體（整體天體）可不"萬有"。這兩個角度分不開，還會認為重力（引力）"萬有"，這又會回到為什么會超距作用的難理解的怪圈。廣義慣性使探索"引力作用機制"的研究方向成為毫無意義的方向，是徒勞無功的方向，因為引力本身是由牛二律的局限性而派生出來的虛構的力。

（三）再看廣義相對論

愛因斯坦特有的知識結構（馬赫哲學、狹義相對論、四維時空、光、場及黎曼幾何），決定了他走上了一條充滿荊棘的理論之路。馬赫的功績是看到了牛頓力學體系中有一個缺陷，就是物體的運動狀態(tài)依參考系的不同而有所不同，于是，作為判斷牛頓慣性運動的前提也就成為不確定的了（相對性）。不得已，馬赫把現(xiàn)象世界的遠處的恒星當作其絕對參考系了。馬赫的錯誤就是把牛頓慣性定律中的物體的屬性（保持性）與其運動狀態(tài)問題混在一起了。愛因斯坦受馬赫哲學的啟發(fā)，又發(fā)現(xiàn)了等效原理，但同時又繼承了馬赫的錯誤。被夸大為改變?nèi)藗儠r空觀念意義的四維時空，只不過是用"運動"（還是光運動）角度來規(guī)定空間的一種方法。規(guī)定有結構的空間可有各種方法，其各種方法是平權的。用什么方法來規(guī)定空間則取決于理論與實踐的需要。如果去掉了"光速"的彎曲時空還有力學意義的話，與牛頓引力定律正是互為補充的關系本體性的場的描述：一個是以廣義慣性"運動"的角度的描述；一個是以廣義慣性"力"的角度的描述。而牛頓引力勢所包含的空間意義，正是中心結構的ρ非均勻空間（重力場）的經(jīng)驗性的描述。終究是"描述"，都不能代替核心命題性質(zhì)的"表述"。沒有明確的命題表述，其描述也就沒有明確的理解前提。慣三律與廣義相對論都以等效原理為其經(jīng)驗基礎。只不過愛因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由"思維"實驗得來的，且唯一能驗證其理論的星光在太陽附近偏轉現(xiàn)象，愛因斯坦在具體計算其偏轉角度時，實際上是"非常謹慎地用惠更斯原理"（[5]第23頁）。而慣三律所依據(jù)的"低速"等效原理，連幼兒園里的兒童都可以感覺到坐滑梯時的加速度與坐汽車時的汽車加速度的區(qū)別，因其身體內(nèi)有脅強的有否或大小之區(qū)別。戰(zhàn)斗機飛行員已經(jīng)體驗了低速等效原理的所有內(nèi)涵。所以，任何脫離與回避"低速"等效原理的力學理論，肯定是不會成功的理論，因為其現(xiàn)象普遍存在于客觀世界，且與力學密切相關。愛因斯坦之所以對"光"情有獨鐘，也許是無意識的回避其理論中的一個內(nèi)在矛盾："產(chǎn)生"引力場的中心質(zhì)量（中心物體）必須很大，而體現(xiàn)彎曲時空（引力場）作用的物體必須很小且產(chǎn)生與不產(chǎn)生引力場無關緊要，這與引力中的兩個平權的物體涵義是矛盾的。而"光子"正好是最小的物體，也就回避了這個矛盾。只有"整體天體才產(chǎn)生重力場"的結論，才可以解決這個矛盾。

引力波、黑洞與四種相互作用力的統(tǒng)一的課題，來源于愛因斯坦。引力已經(jīng)不存在了，當然"引力"波也不存在了；如果重力場有邊界，重力場就與電磁場不同，當然引力"波"也不存在了。如果以光線在重力場中彎曲的角度而導出的"黑洞"，黑洞不存在，因為光線在重力場中彎曲的原理不是由于"引力"；如果是由于"彎曲時空"原理而導出的"黑洞"，黑洞也不存在，因為本來彎曲時空是由光線的彎曲（光子的廣義慣性運動）而規(guī)定出來的，反過來又認為光線的彎曲是由彎曲時空所造成的，這是什么邏輯？如果光線在重力場中有紅移效應，那么，由此原理而導出的黑洞，黑洞有可能存在。引力都不存在了，也就無所謂四種相互作用力的統(tǒng)一的問題。目前的"大統(tǒng)一理論"僅剩下"引力"沒有被統(tǒng)一進去，也正說明了這個問題。

二、ρ空間概念

（一）場

電磁波的發(fā)現(xiàn)，為物理學帶來了場概念。僅作為數(shù)學意義的場，是具有結構的空間，而作為物理學意義的場，當然是具有物理意義的且具有結構的空間了。從邏輯學角度，由于場具有不依賴負荷者的存在與否的性質(zhì)，所以，場是本體概念（不一定是物理學中的實體才叫本體）。場作為非質(zhì)量因素的"物體"，沒有力學中質(zhì)量的物體的作用特征。場的作用性是：某種物理性的場使其場內(nèi)的物體能夠表現(xiàn)出相應的自身屬性。"力場"是使其場內(nèi)物體在體現(xiàn)其自身屬性時，其物體對其他物體的力作用，而不是場本身在對物體有力的作用。重力場的作用涵義就是在物體相對場（參考物為中心物體）的平動狀態(tài)或非"自由"加速運動狀態(tài)情況下，該物體對其它物體的廣義慣性力的作用。原來力的作用觀的主動作用"力"與被動作用（物體）的關系是絕對的（雖然還說是相互的），而場的作用觀則是場內(nèi)物體由于自身屬性對場有主動反映。這兩種作用觀是不相容的（[6]第92頁）。"引力場"概念本身就是這個"不相容"的混合體，從而造成了理論思維的混亂。沒有這兩種作用觀及本體性場與關系本體性場的區(qū)別認識，則其理論思維是混亂的。只有本體性的場，才能邏輯定義關系本體性的場，才能有清晰的認識。

對場本身不宜過多深究。之所以對場感覺玄，還要深究，其原因往往也是由于總想回到力作用觀的理解下才覺得"塌實"的一種心理趨向。只要能測量及描述之就夠了。重要的是，要深究場源物體產(chǎn)生場的物理機制與對場有反映的物體的物理屬性及其物體在場內(nèi)怎樣表現(xiàn)其屬性的內(nèi)容。麥克斯韋方程、無線電臺與收音機這三要素，就已經(jīng)意味著深究了該特殊電磁場的所有方面。

(二)ρ空間與能

ρ場與勢場都是標量場（本體性），是說明ρ場概念的內(nèi)涵中還有"勢"涵義。也就是說，物體與中心物體通過重力場有"能"的關系。在天文學領域，許多人在運用引力定律時，已經(jīng)以中心天體為勢場中心的角度來計算了。從熵的角度（不是狹義的熱力學中的熵，而是耗散結構理論中的熵）：ρ均勻空間（原來稱為歐氏空間、牛頓絕對空間與平直時空）則是能量為零的熵空間；ρ非均勻空間是具有能量的負熵空間。也可以說，廣義慣性就是物體通過某種運動狀態(tài)來保持或主動改變某種運動狀態(tài)來達到其內(nèi)部熵狀態(tài)的一種屬性。所以，用熵與負熵角度來區(qū)別由廣義慣性引出的兩種空間，才是其區(qū)別的本質(zhì)。通常說質(zhì)量（僅指宏觀物體質(zhì)量）也具有能量，其真正的涵義應該是物體內(nèi)部的負熵能量，質(zhì)量是其負熵能量的"和"。物體內(nèi)部的負熵狀態(tài)，除了靜止在重力場中的情況外，一般都是隨機的及暫時的。而作為"恒定"的重力場（包括質(zhì)量部分的整體天體）這一中心結構的負熵空間，正是有序結構空間，也正是整體性空間。當把重力場這一特殊的空間變?yōu)榫哂胸撿匾饬x的空間時，其內(nèi)容將要與物理學分道揚鑣了。物體內(nèi)部負熵空間的產(chǎn)生原因，來自其外力或自身的動能或其外部負熵空間。而不能化為物體內(nèi)部空間的重力場，其產(chǎn)生及維持的原因則是未知的。但整體天體產(chǎn)生重力場這一經(jīng)驗命題，畢竟大大地縮小了尋求其原因的范圍。而"引力"的認識，反而以為不存在其原因了。在這里要強調(diào)一下，ρ場僅是力學中的抽象概念，ρ場包含物體內(nèi)部的空間及重力場，重力場是特殊的ρ場。

(三)作為基本概念的ρ空間

為什么ρ空間姍姍來遲呢？就是由于從經(jīng)驗層次的現(xiàn)象（已經(jīng)歸納的現(xiàn)象）再變?yōu)槌橄髮哟蔚幕靖拍畹倪^程，是人們最不習慣的過程，總不容易擺脫"具象"。之所以不習慣，其原因之一也是因為人們先有了原來理論的抽象及已經(jīng)習慣了的思維方式，即使有了"具象"也看不到其抽象意義。而由抽象變?yōu)?具象"的過程，那可容易多了，但也往往"具象"出來客觀世界不存在的東西。

從邏輯學角度，基本概念是不能被其它概念來定義的概念，其內(nèi)涵具有一定的模糊性。ρ空間也是如此，只能用"感覺"到的物體質(zhì)量部分的壓強梯度現(xiàn)象來說明之，但又不是壓強梯度本身。"真空"是具象空間，真空里照樣存在"重力場"的ρ梯度值的有否，可用具象的壓強梯度來檢驗之。但不能認為真空是ρ均勻空間。ρ空間與壓強梯度的關系可類比鐵粉末直觀表現(xiàn)磁場結構的關系。擺脫不了具象，不能變?yōu)橐粋€基本概念，也是愛因斯坦的"一無所有"的空間怎能分出兩種空間的困惑原因之一，而用"運動"規(guī)定出來的彎曲時空又不能區(qū)分出是表述了物體的廣義慣性還是表述了場的屬性。特別強調(diào)的是：物體內(nèi)部空間只能指物體質(zhì)量部分所占據(jù)的空間，也是愛因斯坦晚年醒悟的"物體具有空間廣延性"的涵義；而重力場空間不僅包含質(zhì)量部分（整體天體）的空間，也包含沒有質(zhì)量部分的空間。這樣就避免了變?yōu)?一無所有"的無邊界的抽象參考系而帶來的"相對"不清的問題。總的說來，ρ空間僅在數(shù)學形式上是標量場（其梯度為矢量場），但在物理意義上，則包含了表述廣義慣性、可變?yōu)槲矬w內(nèi)部空間及重力場的本體性場、勢、能、熵與質(zhì)量部分的壓強梯度等涵義。

三、慣性力學及其例題

在中學教材中，加速度可直接用一個字母來表示。ρ梯度與加速度一樣，也可直接用一個字母來表示，設定其字母為P，其物理單位名稱為"坦"。為了遵從現(xiàn)在教科書的習慣，力的物理單位仍用"牛頓"。那么，廣義慣性力定律需要乘上量綱系數(shù)k，運動定律需要乘上k的倒數(shù)。在計算習題時，可設量綱系數(shù)為1。物體內(nèi)外空間的ρ梯度，以下簡稱內(nèi)P與外P。慣三律可以改寫為以下形式：

①廣義慣性定律：物體總保持其內(nèi)部的ρ均勻空間時的運動狀態(tài)。

②廣義慣性力定律：F=kmP內(nèi)

③廣義慣性運動定律：P外－P內(nèi)=1/k×a

慣三律的運動定律：其三個矢量在同一條直線上，并且方向相同；如有一矢量方向相反，則變正負符號；如有一矢量不在其直線上，依習題具體情況有時可用矢量分解的角度化為其直線上的矢量。值得注意的是，P矢量的垂直方向，該P矢量為零。特別值得注意的是，由于設量綱系數(shù)為1，絕對值a有物理意義的雙重性，有時表示P值，有時又表示物體的加速度值。原來牛頓力學中也隱含這雙重性，但沒有P物理量之前，其物理涵義是混亂、自相矛盾或是錯誤的。在做習題時，一定要依題意，來決定雙重性的哪一方，比如當外P=g時，有時僅表示以單位為坦的重力場的強度值，有時僅表示以單位為加速度的自由落體運動的值，這時的g就不能再乘質(zhì)量了。當物體內(nèi)p=g時，表示物體處在相對重力場的靜止及平動狀態(tài)，仍需要以"坦"為單位來計算，表示物體處在非廣義慣性運動狀態(tài)，（準非廣義慣性運動狀態(tài)則是非g值的不自由落體加速運動狀態(tài)）這時物體必有廣義慣性力（重力）與其反作用的真正的外力存在。

由于慣三律取代了牛二律的理論核心地位，當然，其解題思路及解法也具有取代性。慣三律與牛頓力學的解題思路及解法的區(qū)別的關鍵就在于：合外力的解法，在今后仍可繼續(xù)運用。但在針對某一物體的受力分析過程中，該物體的質(zhì)量與其內(nèi)部的ρ梯度值的乘積值僅是該物體的廣義慣性力的值，其力的反作用力，才是真正的合外力。牛頓慣性力、慣性離心力、科里奧利力與重力都是真實的該物體的廣義慣性力。

例題1：

一輛裝滿水的車廂以恒加速度a1=10m/s2在水平軌道上運動，一個質(zhì)量為m=2kg且運動方向（以車廂為參考系）的加速度為a2=8√2m/s2的小球從車廂上部落下（不接觸車廂壁），求小球的阻力f及其與垂直線的夾角θ。（示意圖略）

解：地面重力場P1=10（坦）。

（1）水平方向的車廂外P1=0，其內(nèi)P為P2，依運動定律，P1-P2=a1，即-P2=a1=10（坦）。（2）垂直方向的車廂內(nèi)P3及車廂加速度a3，依運動定律，P1-P3=a3，因其相對地面平動，a3=0，即P1=P3=10（坦）。（3）車廂合內(nèi)P42=P22+P32=102+102=200，即P4=10√2（坦）；夾角由tgθ=p2：p3=10：10=1，得θ=450。（4）小球外P4，小球內(nèi)P5，P4方向，依運動定律，P4-P5=a2，即P5=P4-a2=10√2-8√2=2√2（坦）。依廣義慣性力定律,F=mP5=2×2√2=4√2，又依互為作用力定律,f=-F，即f=4√2（牛頓）。答：略。注：如把慣三律的一些特殊情況轉化為一系列推論，直接用其推論，則解題步驟將很簡單。

例題2：

一架質(zhì)量為m=5000kg的飛機，在豎直環(huán)行軌道上以速度v=100m/s飛行，求：（a）環(huán)行軌道的可能的最大半徑r；（b）在其環(huán)行軌道最低點處作用于飛機上的升力f。（示意圖略）

解：（a）在可能的最大半徑的環(huán)行軌道的最高點處，飛機的內(nèi)P=0，飛機的外P=g=10（坦），依運動定律，P外-P內(nèi)=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）在此軌道最低點處，依運動定律，P外-P內(nèi)=-v2/r，故P內(nèi)=P外+v2/r=10+1002/1000=200（坦），依廣義慣性力定律,F=mP內(nèi)=5000×20=105，又依互為作用力定律,F=-f，得f=105（牛頓）。答：（略）。

注：例題1中的車廂內(nèi)有一半水的情況下，水面是斜面，其合內(nèi)P4垂直其水面。而水中有壓強梯度，則表象說明了車廂內(nèi)的ρ空間。但合內(nèi)P4不直接等于水的壓強梯度，雖然其方向相同。這是抽象命題轉化為經(jīng)驗命題的問題，其合內(nèi)P4與其水的壓強梯度之間有調(diào)整系數(shù)。車廂內(nèi)如果是真空（或有空氣阻力略）的情況下，車廂內(nèi)只有P1，小球相對地面是自由落體運動，沒有外力作用之（判別標準之一），小球內(nèi)P為零。所以，此真空情況下的習題沒有求阻力的問題，是純運動學問題。如果小球有懸線系在車廂頂上，不論車廂內(nèi)有水還是真空情況下，小球會相對車廂靜止，小球質(zhì)量部分的空間與車廂質(zhì)量部分的空間是合為一體的空間，要計算此題，需要把重力場P1與車廂水平加速度a1共同"直接"轉換為小球兩內(nèi)P，再計算其合內(nèi)P，再求其廣義慣性力及懸線張力。例題1是平動方面的解法，例題2是轉動方面的解法。而轉動方面的解法，有時也需要換作內(nèi)P=v2/r，及也可內(nèi)P=ω2/r、內(nèi)P=2ωv、再用合內(nèi)P方法來求解。讀者如果有興趣，也可以合內(nèi)P的角度用高中數(shù)學來推導此環(huán)行軌道任意點的廣義慣性力的公式。

另外，教材中的機械能部分也應該作相應的調(diào)整。勢能公式中的g換為內(nèi)P1，即E=Mp1h。如果不換，其實質(zhì)涵義是質(zhì)量為m的物體正在做自由落體運動，其公式僅表示物體變化的動能。慣三律的運動定律對距離的積分后再乘上質(zhì)量的數(shù)學式，正是慣性力學的機械能守恒定律，然而這已是大學物理教材的內(nèi)容了。由于廣義慣性取代了牛頓慣性的理論核心地位，力學體系的結構也須重新調(diào)整。由于力概念分為作用方式力與屬性力，力學體系的結構也應有這兩部分相對獨立的內(nèi)容。屬性力學仍然包含慣性力學、彈性力學、電磁力學。實際上有些應用力學，如爆炸力學等，也屬于屬性力學范疇。以往把引力定律作為牛頓力學的核心命題來運用則是錯誤的，因為引力定律僅是經(jīng)驗公式。當然，引力定律在慣性力學這里也是經(jīng)驗性質(zhì)的命題，僅具有特殊例題的地位；

四、引力與重力場

（一）慣三律與引力定律

在慣三律這里，引力定律的運用分兩種情況：一種是物體的內(nèi)P=0，物體的加速度a≠0，其外P=kM0/r2（k為引力常數(shù)，M0為重力場的中心物體的質(zhì)量）的情況，也就是物體在重力場中正處于廣義慣性運動狀態(tài)的情況，其外P=kM0/r2的涵義是表示重力場強度及其強度的分布狀態(tài)。在以往，外P=kM0/r2這一公式是由引力定律和所謂的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的角度得來的；另一種是在物體的加速度a=0，物體的內(nèi)P≠0，其外P=kM0/r2的情況，也就是物體在重力場中正處于非廣義慣性運動狀態(tài)的情況。由此種情況再利用慣三律就導出了引力定律。由于天體的運動一般都是廣義慣性運動，所以引力定律在天文學中的運用，僅適合于第一種情況。然而遺憾的是，以牛頓三定律與引力定律為出發(fā)點的天體力學，雖然在實際應用方面，有部分內(nèi)容已經(jīng)按第一種情況來計算了，但仍然是引力涵義的理解。還有相當部分的內(nèi)容是按第二種情況來計算的。按引力涵義理解的第二種情況而得出的一些天文學的結論則是錯的，比如：兩個天體繞公共質(zhì)心旋轉問題，這是只有在ρ均勻空間的前提下才成立的問題，而在ρ非均勻空間（重力場）的前提下，此問題不成立。有的天體演化假說竟可以說公轉的天體能被中心天體的引力吸出個包來，豈不可笑。可以說，以相互作用力的角度而運用引力定律的天文學的許多結論，幾乎都要成問題。

當說到平穩(wěn)地落在金星地表面上的探測器是由于其巨大的大氣壓而壓"扁"的時候（由此理不能壓扁），實質(zhì)是由于金星地表面的ρ梯度值非常大，以至在探測器的質(zhì)量部分的內(nèi)部形成了巨大的脅強，從而就象地球的地面上的"面團"變扁的原因一樣，而變扁了。這說明了金星表面重力值大大地超過了地球表面重力值。而金星質(zhì)量小于地球質(zhì)量，可見引力定律適用的近似性、局限性及經(jīng)驗性，說明了引力的理解也是錯的，也說明了重力場的強度不依賴中心物體的"質(zhì)量"。如果說有無大氣層則標志了其星體的表面重力值的差別，為月球直徑三分之一的天王星衛(wèi)星有大氣層，如果其表面重力值大于月球表面重力值，那也說明了重力場與中心物體的質(zhì)量因素無關。牛頓引力定律的中心質(zhì)量僅具有重力場"勢"的初始量的意義，而不完全代表實際的中心天體的質(zhì)量。從重力場強度分布角度，其平方反比律僅在某一空間范圍內(nèi)成立，在接近重力場中心處及其邊緣處，也可能是立方反比律，究竟以什么"律"分布，這由實踐探測來決定。目前流行的所謂引力常數(shù)隨宇宙時間變化的說法是沒有意義的。從天體演化角度，隨著重力場與整體天體起源演化過程，其重力場強度當然是要變化了，不僅有長期的變化，還有隨機的小的變化。但這隨機的小的變化，就足以使某些整體天體發(fā)生地質(zhì)的地震或火山噴發(fā)等現(xiàn)象的發(fā)生。然而這已不是物理學的事了。

（二）重力場有邊界的證明

最近哈勃望遠鏡觀測到一顆恒星的外圍有一光環(huán)，其光環(huán)外邊緣呈輻射狀，其光環(huán)內(nèi)邊緣完整，內(nèi)邊緣與中心發(fā)光恒星之間區(qū)域是黑色空間（此照片許多人都看到了）。這個結構可以說是重力場有邊界的證明，邊界就在其光環(huán)內(nèi)邊緣處，這也說明光環(huán)"靜止"在空間中。如果這顆恒星的重力場沒有邊界，那么，光環(huán)中的物質(zhì)必有公轉運動，于是，光環(huán)的外邊緣就不會是輻射狀。土星光環(huán)的外邊緣就沒有輻射狀，就是因為它有公轉運動，也說明它處在土星的重力場的范圍內(nèi)。

五、整體科學體系

（一）整體自然觀的本體論

說自然界是一個統(tǒng)一的整體，好像就是這個整體自然觀，然而，這是籠統(tǒng)的認識。更準確的認識應該是：自然界是由不同層次的與同層次的不同的整體所組成的。宇觀世界（宇觀世界的一部分在以前也被當成了宏觀世界）是由某些整體性的衛(wèi)星、行星、行星系、恒星、恒星系、宇宙中的各種星系所組成；宏觀生命世界由DNA、細胞、生命個體與群體、人類社會所組成；微觀世界由分子、原子、某些整體性的基本粒子所組成。

由于這三個世界的整體不同，其屬性也有所不同，所以，這三個世界的分界線應該是：微觀在分子空間尺度之內(nèi)；宏觀在分子空間與近似月球的空間尺度之間；宇觀在近似月球空間尺度以上。

這些整體有其內(nèi)部的有序結構，性質(zhì)與功能，有其起源與演化過程。這三個世界有其演化的同步性。當然，自然界中還有各種非整體，但也一定屬于某個整體，是其組成要素及局部。只有自然界的整體，才有起源與演化問題。而非整體則沒有起源與演化問題。

（二）整體科學體系與物理科學體系

整體自然觀為科學提供了一個新的科學體系（整體科學體系）框架與背景。整體科學體系是研究自然整體的整體性質(zhì)與功能、有序內(nèi)部結構及其起源與演化過程的科學理論系統(tǒng)。由經(jīng)典物理學發(fā)展到今天的現(xiàn)代物理學，物理學已成為無所不包的科學，簡直成了自然科學的代名詞。這意味著什么？意味著把物理學的原則、觀念、概念、思維方式與思維方法也帶到了整個自然科學，也帶到了自然界，從而，忽視了與抹殺了對整體性方面的認識。這兩種科學體系在觀念上、思維方式及思維方法等方面都截然不同。

（1）本體論問題

在物理學的物體觀中，物體沒有內(nèi)部有序結構、有可分割性及沒有起源演化性；在整體自然觀中，自然整體物體有內(nèi)部有序結構、有整體屬性的不可分割性及有起源演化性。物理學是非整體觀下的科學。物理學本身沒有錯，錯誤就在于把整體的客體也看成了非整體，還把分子與原子當作力學的粒子，天體還被認為是物理學中的一般物體。在此，還有必要澄清一個認識問題：非整體與整體是矛盾關系，但還有一般性與特殊性的關系。自然整體仍然有物理學的一般性，只不過多了一個整體性。比如：凡是具有質(zhì)量的物體（不管是整體與非整體）都有慣性；而重力場僅是整體天體所具有的；當我們說起源演化性的時候，也僅是自然整體所具有的。另外，還要澄清一個認識問題：拋開"本體"，單獨說屬性與關系也有起源演化問題，是不妥的，屬性與關系必有其自然物為其載體。某物有起源演化過程，其整體的屬性與關系也自然隨之出現(xiàn)。某物沒有起源演化問題，其屬性與關系也自然沒有之。說慣性與引力也有起源問題，其錯誤之一，慣性與引力是屬性與關系，沒有與其載體一起說明，其錯誤之二，慣性與引力的載體是一般性的物體，沒有起源問題，當然慣性與引力也就沒有起源問題。況且，引力本來就是人為虛構的東西……。

（2）方法論問題

物理學是對自然界的單一因素的研究，而整體科學注意的是（前提是整體）多因素之間關系的研究。說"物理學是對自然界分析的科學"的說法不太準確。當把物理學體系的知識運用到自然客體上時，而產(chǎn)生的相應的所謂交叉學科本身，如地質(zhì)力學、電生物學、地磁學、太陽系物理學等等學科，才是對自然"整體"的分析（非整體要素）的認識。相對未來的整體科學理論來說，這種交叉學科的內(nèi)容一般僅具有感性認識（現(xiàn)象層次）的性質(zhì)。整體科學研究具有復雜性原則，是一因多果、一果多因、互為因果、多因多果的因果論。而物理學研究則具有簡單性原則，探求一個終極原因的因果論。而當涉及到許多要素之間的復雜關系的認識時，則需要整體哲學。當?shù)厍蛭锢韺W家對地球的各種因素之間的關系的東一下西一下的無章法的論述而痛苦不堪時，最有體驗需要一種不同于物理學思維方法的哲學。

（3）認識論問題

說物理學的性質(zhì)是實驗科學，應該是指它的認識手段主要是靠實驗。實驗是通過人為改變自然客體的方式認識世界的。這種"人為"認識而帶來的思維方式與"自然性"是對立的，在認識自然整體方面容易造成認識誤區(qū)：其一，容易把人的因素外化為客觀因素，形成了外因思維方式，比如對地球及生物的演化過程中的一些歷史事件，就容易用"偶然"的災變說的思維方式來對待。當然，在某些事件上，其偶然外因也是更高層次的整體的必然內(nèi)因；其二，容易把人為改變后的自然整體簡單還原，比如用打破原子核的方式認識其要素時，而又必須回復未打破原子核之前的原子核結構的認識，那么，未打破原子核之前的原子核結構能否一定就是質(zhì)子與中子的簡單組合么？也許自然狀態(tài)的原子核原本不是質(zhì)子與中子的分立狀態(tài)的組合結構。

（4）學科分類問題

與整體自然觀對應的學科體系則是整體科學體系。其具體學科的分類標準就是以各種整體為分類原則，如：地球?qū)W、行星學、星系學、原子學、細胞學等等。作為現(xiàn)代物理學的量子力學，仍屬于物理學范疇，因為量子力學是對微觀整體的分立狀態(tài)（量子狀態(tài)）的宏觀表現(xiàn)的描述。至于廣義相對論，在我的前文與此文中已提及，在此不再重復。

六、引力理論的分化及需要解決的問題

廣義慣性使獨立的引力理論分化為兩個相對獨立的科學體系之內(nèi)的問題了。一方面是慣性力學仍屬于原來的物理學體系，也包含對重力場的描述；另一方面，整體天體及其產(chǎn)生重力場的內(nèi)容，則屬于正在孕育的且將充滿無窮活力的整體科學體系的內(nèi)容了。雖然重力場產(chǎn)生于整體天體的未知的物理機制，但不影響廣義慣性及其與重力場的關系是一個獨立的問題，而且是已經(jīng)解決了的問題。

探索重力場的產(chǎn)生機制的問題。則是實踐方面的任務。但首先希望有關科學機構盡快著手進行小行星或火星衛(wèi)星的表面重力值的探測活動，這是極其重要的。如果證實了其值為零，也就從側面證明了重力場產(chǎn)生于整體天體這一經(jīng)驗命題。當然還有理論上的繁重任務：其一是改造目前大中學物理教材相應的部分。其二是更具挑戰(zhàn)性的是要改變由引力定律的"引力"角度而引出的許多天文學方面的結論，問題不僅僅是改變結論的問題，而是將要引出許多新的天文學研究成果。牛頓力學是ρ均勻空間條件下的理論，在重力場（負熵空間）條件下，牛頓力學的許多內(nèi)容是不適合的，有許多新的內(nèi)容有待于探討。

上面整體科學體系一節(jié)所講的仍然很籠統(tǒng)（1）現(xiàn)在急需要操作性很強的哲學層次上的整體科學思維方法被研究出來。目前的一般系統(tǒng)論、控制論、耗散結構理論、協(xié)同學等一般科學理論，正是研究復雜性問題的理論。這些理論的出現(xiàn)，也正說明解決復雜性問題（也是整體科學思維方法問題）是我們這個時代的需要。整體科學體系需要這個"操作系統(tǒng)"。人體是自然界中相當高級與復雜的系統(tǒng)，要解決復雜性問題，也許會從人體這里得到很多啟示。（2）整體天體有不可拆構性，微觀整體的結構有相對不可直觀性，然而，怎么才能認識其內(nèi)部有序結構，也需要一個思維方法及實驗方法來解決此問題。（3）需要解決某些學說及模型的合理性的問題，比如，宇宙大爆炸學說的合理性的問題，我們不可能在實驗室中再重新爆炸出一個地球來。（4）科學哲學就是解決科學理論的合理性問題的，但是，目前的科學哲學的案例主要是物理學，其合理性標準是否也適合于整體科學理論體系還是一個問題。二十一世紀將是整體科學體系產(chǎn)生與發(fā)展的世紀。物理學該"減肥"到原來的狀態(tài)。科學大綜合的凝聚點就是整體科學體系。科學大系統(tǒng)需要重新調(diào)整。然而，目前需要的是觀念的更新，這個新觀念應該是整體自然觀。

參考文獻

[1]馬英卓：引力是產(chǎn)生出來的，〈科學〉（科學美國人中文版）雜志，1998年第五期。

[2]馬英卓：引力與廣義力學、整體天體，〈科學〉（科學美國人中文版）雜志，1999年第三期。

[3]愛因斯坦：狹義與廣義相對論淺說，上海科學技術出版社，1979年。

[4]（前蘇）福克：空間、時間和引力的理論，科學出版社，1965年。

[5]E·R·坦蓋里尼：廣義相對論導論，上海科學技術出版社，1964年。

[6]愛因斯坦：相對論的意義，科學出版社，1961年。