慣性力學三定律解釋論文

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提要

物體在受到外力（去掉外力性質的重力—引力及合外力不為零的情況下）的時候其內部到底發生了什么情況？這才是區別物體是否是廣義慣性運動狀態的根本標準。這涉及到牛頓力學物體概念內涵的改變。如果把熵狀態（熵空間）作為力學思維的出發點，許多糾纏不清的問題都好解決。

前言

——把簡單的事情搞復雜了，太累；把復雜的事情搞簡單了，貢獻。——摘自某電視廣告詞。

無論是維護還是反對廣義相對論的人，其實都面對的是一團“亂麻”，說它對，也說不清對在哪，說它錯，也說不清錯在哪，那是因為沒有一個“對的理論參考系”。我的慣性力學三定律，也許提供了此“參考系”。相對論的產生，就是把空間問題（也是場的問題）引進到物理學里來，無論如何，這是一個進步。但是，僅把“運動”當作出發點，來定義空間，總覺得有點犯了循環邏輯錯誤的嫌疑，因為運動（速度）本身就是由時間與空間（距離）來定義的。用時間與空間來定義時間與空間，就好象是自己拽自己的頭發把自己拽起來一樣，不解決問題。因為“運動”僅是物體對它物的位置關系，而位置關系僅是物體屬性對外關系體現的一方面，不是全部。反過來，又僅以運動與空間角度來認識“屬性”，就犯片面性的錯誤了。廣義相對論還是正在“探索”過程中的不成熟的不能算作真正理論的理論。

我在我以前的文章里說過，物體的廣義慣性的對它物關系的體現有兩種，一個是力（作用關系），一個是運動（位置關系）。而許多人總是在運動（機械運動）上來思考什么慣性啊、引力啊、什么等效原理啊、什么參考系等等，這是片面的，是許多問題糾纏不清的根源之所在。又把“運動”關系當作出發點來思考，或僅以“運動”角度以為就可以解決什么屬性問題，就是本末倒置了。通常說“標”與“本”的關系，在力學里，僅從“運動”角度來解決力學問題，就是“治標”，不是治本。廣義相對論就是如此錯誤之大成者。永遠要值得注意的是，關系是某物屬性的體現，不是屬性本身。拋開了某物及某物的屬性，而要解決屬性問題，是解決不了的。廣義相對論就是拋開了物體這一最基本的前提，僅用什么度規什么坐標系（參考系）的變換來解決慣性及“引力”等問題，引得許多人到如今還在爭論不休，就是此原因。我們還是回到“物體”本身上來，回到體現其屬性的另一個關系——力作用關系上來。就容易解決許多糾纏不清的問題。在我這里，同樣的物理常識，就有了不同的思維方式。我在此是在重新調整力學的思維方式。

一、受力的物體內部到底發生了什么情況？

有人說受力（接觸力，像磁性力另說，而外力性質的重力與虛構性質的慣性力是在此我要重新認識的“作用”。）物體發生了形變，但這是外在的問題，此外在的形變也有因為物體內部的情況的變化引起的因素。受合外力為零（接觸力）的物體也形變。我們要看看在受到合外力為零與不為零情況下的物體的內部到底發生了什么情況。我現在舉幾個現象方面的例子：先用水性質的物體來說明一下。

1.有“重”的情況：

（1）在地面上的裝滿水的容器，當該容器在水平方向上，受外力的作用（也有加速度），此容器中的水里就壓強梯度情況發生。

（2）在離心機中的裝滿水的試管，在離心機轉動的情況下，其水里也有壓強梯度情況發生。

（3）靜止在地面上的裝滿水的容器，在垂直發生方向上，其水里也有同樣的壓強梯度情況的發生。此容器的外力就是地面對其支撐的力。

2.“失重”的情況：

(1)在地面上以靜止或勻速直線運動的裝滿水的容器，水平方向上，水里沒有壓強梯度情況的發生。此情況沒有外力作用之。

(2)處在自由落體運動狀態下的裝滿水的容器，其水里沒有壓強梯度情況的發生。此情況沒有外力作用之。

（3）在公轉的太空實驗室里裝滿水的容器，其水里沒有壓強梯度情況的發生。此情況沒有外力作用之。

(4)在車廂里的地板上，有此裝滿水的容器，假設此容器與其地板之間沒有摩擦力，當此車廂突然在水平方向上加速時，在車廂里的人看來，此容器有加速運動（在地面上的人看來，此容器還是靜止的），但其容器里的水在水平方向上沒有壓強梯度情況的發生。此容器沒有外力作用之。

說明：

（1）在原來的力學里，有“重”的情況的（1）與（2）的壓強梯度被解釋為虛構的慣性力（也被稱為沒有來源的力）造成的。其（3）的壓強梯度被解釋為“引力”（也是虛構的力）造成的。在我這里，其壓強梯度不被解釋，是認識的出發點（公理化。如果除了虛構的慣性力與引力的原因的解釋，而有其他的原因的解釋，我的此出發點不成立。）。是表示其物體有外力作用之，也是表示對此外力有反作用力，其反作用力就是其物體的廣義慣性力。反過來，其物體有外力作用之，必有物體內部的此“壓強梯度”情況的發生。其外力或其廣義慣性力與此“壓強梯度”在量上有正比關系。“失重”的情況也“統一”理解為沒有外力作用之。

（2）氣體也有此“壓強梯度”情況的發生；固體的此“壓強”表現為“脅強”。

（3）離心機里的此“壓強梯度”的二階導不為零。

（4）把此“壓強梯度”的“唯象”性，變為抽象的ρ梯度（就是我的慣性力學三定律里的P內），是新的物理量，物理單位名稱為“坦”。

（5）于是，原來牛頓力學的“剛性”的與“沒有內部結構”的物體概念就變為有不是“絕對剛性”與有“內部結構”內涵的物體概念。

（6）當一輛汽車突然撞在“剛性”障礙物上時，此汽車就撞壞了，是由于其負加速度突然非常變大，依我的廣義慣性運動定律，其汽車的P內也突然變大，也就是其質量部分的脅強變化突然變大，就造成了車體的破壞。其前面（被撞的部位）之所以被破壞得厲害，是因為汽車不是絕對剛性的物體（有一定的彈性）。

（7）在實踐上，人們在說戰斗機里發生的“失重”與“超重”時，已經沒有了所謂的“引力與慣性離心力”原因的區別，已經都統一為“重力”的說法了。所以，我的“理論”容易被一般人理解，不是“超玄”的。完全可以直接代換中學力學里的“牛頓相應的定律”。在中學力學教材里獨立的“失重與超重”問題，就不必講了，此內容已經包含在慣性力學三定律里了。

（8）在愛因斯坦的“等效原理”里說什么“在慣性系（所謂的自由空間等）里與在引力場里的局部慣性系（某加速值的）里的所有的物理規律是相同的或所有的實驗結果是相同的等同類不同方式的說法，比形而上學還形而上學。實際上只有一個“現象”是相同的，就是此“壓強梯度”現象。如此的比形而上學還形而上學的“等效原理”，帶來的直接錯誤后果就是把“光束與升降機的運動速度合成思維實驗”帶到了“動力學”里，也隨帶著把狹義相對論的理論帶到了“動力學”里，于是，就繁衍出了什么“一級近似、強引力場、光線引力彎曲、引力透鏡、黑洞”等勞什子。而愛因斯坦實際上是用“廣義慣性”（用度規）在重力場里的“廣義慣性運動”（測地線）

來定義引力場（彎曲時空），本來是“同一關系”，其定義結果——彎曲時空的前提（廣義慣性）已經解釋了“引力”，結果被人（愛因斯坦本人在此也糊涂）錯誤地理解為幾何性質造成了引力的因果關系。如果還有人以為我的慣性力學三定律是什么廣義相對論的什么級近似情況的定律，那實在是為廣義相對論的繼續存在找借口。不能為了“光”一定存在在力學里，把我們的認識搞混（昏或渾）了。我的慣性力學三定律是已經吸取了廣義相對論的合理內核的結果。

(9)參考系是“觀察”及“失重與有重”是體驗，但這都是感性表達，而理論必須是客觀性與理性的表達，于是，用此“壓強梯度”現象與“ρ梯度”來說明與表達，這就是客觀性與理性。（牛頓第一定律的物體的狀態也是表示物

體的失重狀態）

二、空間問題

1.物體的內部空間問題

物理意義的空間與物體的內部空間的涵義是什么？這是困擾愛因斯坦一生的問題，（見愛因斯坦晚年對他的早年著作《狹義與廣義相對論淺說》第十五版的附錄）當物體有體積的時候，就應該說有內部空間。但是，愛因斯坦就在此問題上拿不定主意。比如一只兩頭沒有蓋（有蓋也可以）的大油桶，你說此大油桶占據了什么空間，是圓柱體積？我想通了，是油桶的質量部分占據的空間才是物理意義上的物體內部空間。愛因斯坦的“物體具有空間的廣延性”，應該就是此涵義。P內就是指此空間結構。

愛因斯坦之所以沒有總結出此慣性力學三定律，其原因是把注意力用在了參考系的變換，而忽略了物體的內部空間性，而他到了晚年認識到“物體（不是物質）具有空間的廣延性”時（見《狹義與廣義相對論淺說》第十五版的附錄說明），就已經說明了他開始注意到了物體的內部空間（物體質量部分所占據的空間）性問題，但他已經來不及總結出此慣性力學三定律了。

2.物體的外部空間的問題

地球有重力場，地球也是物體，地球的內部空間也可以定義為物質質量部分占據的空間。地球的此空間，也有此質量部分的“壓強梯度”現象（中聚度，如在地球的大氣層與海洋中也有此壓強梯度。），也可以說P內，但是，具有物理性質的重力場（空間）可以延伸至月球軌道之外，而與質量無關。為了解決此問題，只得承認有一個獨特的有物理意義的空間——重力場。而此空間的物理量P外與P內的物理單位相同。P內與P外對距離的積分，還可以理解為有的書中所說的“內勢與外勢”問題。于是，就一定應該有具有重力場的物體與不具有重力場物體之分情況。只有此種區分，許多問題都順理成章。進而，重力場必須是有范圍的。否則，許多悖論都出現了，許多“應該”發生的“異常現象”沒有發生就無法解釋。比如：“九星連珠”現象的發生，按理（萬有引力）應該有異常現象發生，結果，什么異常現象都沒有發生。而按我的結論，就可以很好地說明為什么沒有異常現象發生。所以，我說的“只有整體天體才具有重力場，而重力場是有范圍的”，是合乎情理的。

3.引力場概念必須拋掉

只要承認在任何物體之間有所謂的引力，引力場概念就沒有存在的意義。只要承認任何物體之間有引力作用，廣義相對論也不成立，我的慣性力學三定律也不成立。有“引力”的作用，就沒有“場”的“作用”（屬性問題），這是不相容的。然而，奇怪的是，多年來學術界竟可以同時運用之。愛因斯坦把把統一場論問題留給了后人，而后人又把此問題轉化為四種相互作用力的怎樣統一的問題。而通常的解決此不相容的辦法是假設什么微粒子的傳遞，復雜了，麻煩了。靠假設的“東西”（不是某客觀東西的抽象）建立的理論，不是理論。

4.熵空間

有重力場的空間與無重力場的空間是我的理論的前提，是思維的出發點。但是，最好是用“負熵空間與熵空間”（不是狹義的熵）來理解此出發點。因為此空間具有物理意義。有了我的慣性力學三定律，有了熵空間與負熵空間，與其分別對應的原來的絕對空間、歐氏空間、平直時空與慣性系及原來的彎曲時空、非慣性系與引力場這些概念也就沒有存在的必要了。

離心分離機之所以有"分?quot;效應，也說明其試管在旋轉的情況下，試管內部空間是負熵空間。而放在地球重力場內的靜止的"試管"中也有此"分離"效應。

重力場可類比靜電場，但又不是靜電場。但有人把重力場（引力場）當作“電磁場”來看待，又弄出個什么“引力波”來，是沒有客觀事實根據的。

5.有關的若干問題

（1）什么絕對運動、相對運動、加速系、絕對時間、相對時間、平直時空、彎曲時空等等，統統攆回到純運動學那里去；坐標系是描述用的；參考系是操作性問題，不是力學思考的前提問題。把參考系與坐標系也“攆”回到純運動學那里去。物理就是研究物質的道理，抽象的空間、時間與運動的“本身”沒有物理。去掉物體的抽象運動，是形式的問題。不能說空間有物理的屬性，彎曲時空有“引力屬性”是錯誤的。彎曲時空是不能證明存在與否的，因為是形式，是抽象的。物質的物理與其形式（空間時間與運動）是同一性關系（內容與形式的關系），不是因果關系。

在操作上，有重力場的空間有確定的參照物，而沒有重力場的空間就是熵空間。通過我的廣義慣性運動定律的加速度a可以轉換出其他的運動形式，如a=v2/r等，然后再運用什么坐標系與參考系來描述。絕對參考系問題是具體問題具體分析的問題。如有絕對方向參考系，飛機上的“陀螺儀”就是例子。

（2）牛頓的慣性定律實際上包含兩個涵義：物體在慣性運動狀態時有“被動性”（無外力情況下），而在非慣性運動狀態時（有外力的情況下）又有了要改變非慣性運動狀態的主動性（能動性）。這才叫對立統一。然而人們只注意了“被動性”方面。

（3）自由落體運動（包括拋體運動），都是廣義慣性運動。

（4）把物體的慣性問題與坐標系什么參考系結合起來，叫什么慣性系，這是把“關系”直接賦予了屬性的邏輯錯誤。要把運動狀態本身與為了描述運動狀態的參考系問題分離開來。

（5）靜止在空間中的衛星才可以用“引力定律”計算其“力”，但此力不是“引力”，是其衛星的廣義慣性力，此廣義慣性力的反作用力的外力應該是某一個阻止衛星下落的另一個實在“力”。宇宙中的天體運動都是廣義慣性運動。而與其廣義慣性力抗衡的外力，除了碰撞和爆炸等外力外，幾乎沒有恒定的其它外力與之進行“強”相互作用。所以，計算正在公轉運動的行星“引力”是錯誤的。

（6）當我說“戰斗機飛行員已經體驗了等效原理的所有內涵”時，有人也許會問：戰斗機是在地球的重力場內飛行的，重力場是大范圍的ρ非均勻空間，而大范圍的ρ均勻空間的等效原理的情況沒有算在內，怎么能說戰斗機飛行員已經體驗了等效原理的所有內涵？回答是：因為地面的水平方向的空間也是ρ均勻空間，重力等勢面是二維ρ均勻空間。

（7）像這樣的提法：“一個觀察者，當他的加速度計讀數為零時，他不能辨別他是否在外層空間相對于恒星勻速運動，還是在地球重力場中自由降落因而相對于恒星作加速運動。”這是馬赫哲學的提法。把恒星當作了“絕對參考系”。這是抽象的理論與具體問題分不開的錯誤，容易造成思維的混亂。

（8）之所以我說可能僅在恒星、大行星及部分的整體性的衛星周圍存在重力場。也是考慮了重力場內的天體的廣義慣性運動一般都是圓錐曲線運動，而拿不準星團、星系內的天體的運動是否是屬于這樣的運動，從而也拿不準其是否也具有重力場。但從星系內的星體的運動速度角度來看，不符合“引力”定律。因此，我傾向于星團和星系空間不是“重力場空間”的認識。它們僅是類似“流體力學旋渦效應”。接著，就不得不說星系內的真空空間不是“真空”。無論怎樣的“真空”，在星系這樣大空間范圍內，仍然有“流體效應”。

所以，以“引力”為原因來描述天體起源過程，真是牽強附會的提法，而原始星云各粒子"小質量"之間不會達到足以吸引其它粒子的“能力”。在此方面問題上，笛卡兒的“旋渦理論”也許還有它的存在價值。

（9）當我們說產生重力場是整體天體的功能時，可用導電（直流電）螺線管產生磁場的類比來理解其不依賴中心“質量”的機制。而僅對于重力場本身，我們只要能夠測量與描述它就夠了。目前熱核聚變控制問題是靠外因的控制方式，從整體科學的角度，最好是用系統自我控制方式才能解決。太陽就是自我控制方式的熱核聚變，重力場的產生機制問題的解決，就與此相關。

（10）天狼星的視曲線的運動被解釋為有密度非常大的伴星（白矮星）存在。掉過來的看法，則是其伴星也許僅是一般類似地球密度的行星，因其公轉運動與天狼星無“力”的關系，其視曲線運動需另外解釋。

（11）沒有發現距離很近，且體積與質量都相等的兩個星體互相公轉的現象存在。天文觀測發現某恒星亮度周期變化，說明有不發光的星體公轉，可以類似日食現象。但不能說明是同樣的星體。在宇宙中發現的兩棵很近的恒星，實際距離很大，并不互為公轉。所以，只有一種質量很大的中心星體，而繞其公轉的星體體積相對來說又很小的現象存在。這說明如果水星體積與太陽體積同樣大，那么會造成內部壓強梯度不均勻分布的情況出現，于是，不是被這壓強不均勻性所撕裂，也會落到太陽上去。客觀上，天體在起源與演化過程中，自然就避免了這種情況的發生。如果水星的體積與太陽體積一樣大，則會碎裂，因為會造成其內部的ρ梯度值方向的不平行情況。所以,要保證在重力場內的天體公轉的廣義慣性運動狀態，還有其自身線度及與中心整體天體距離的限制（因為重力場的ρ梯度分布是不均勻的）。星體產生重力場也有尺度的限制，超過了，就爆炸。小了，就不能形成。行星是重力場產生后，有火山不斷爆發的階段及吸收大量星體撞擊階段。

（12）當有人說“蘋果自由下落運動是慣性運動”時，有人就反駁道：“重力是萬有引力，慣性是運動狀態。”這是目前普遍典型的錯誤認識。“重力是萬有引力”的錯誤自不必說。而“慣性是運動狀態”錯誤認識的實質是把“關系當作了屬性”，同時，又是拋開了慣性的另一個在“關系”方面的體現——“力”。

（13）在我的理論里，只有“卡文迪斯實驗”與之不相容（實際上與廣義相對論也不相容），除了此實驗，一切都順理成章。在此，我完全有理由聲明：“卡文迪斯實驗”是個偽事實。是一個人云亦云，以訛傳訛的偽事實。也許是卡文迪斯本人的測量誤差造成的，也可能是卡文迪斯有意的在欺騙公眾。這也許是科學歷史上最大的“欺騙事件”。如果此實驗出現在牛頓發現“萬有引力”之前，還有余地承認它。可是，此實驗是發生在萬有引力被發現之后，是“馬后炮”，是“事后諸葛亮”，就有理由否定它了。

（14）有人說：1.新理論必須比現有的理論能解釋更多的觀察事實；2.新理論必須能夠推出現有理論全部成功的結論；3.新理論建立的基礎必須比現有的理論的基礎更深刻、更基本。又有人說，一個好的理論，至少滿足三個條件：1.與實驗事實符合；2.能解釋現有現象；3.能預測新的現象。

我的慣性力學三定律滿足了“新理論必須能夠推出現有理論全部成功的結論”條件，因為，該三個定律能推導出牛頓第二三定律、自由落體定律、牛頓引力定律、浮力定律與包含了愛因斯坦的“等效原理”。我的慣性力學三定律本身就滿足了“新理論建立的基礎必須比現有的理論的基礎更深刻、更基本”的條件。我的此三定律與重力場僅產生于整體天體的結論，已經解釋了大量的現有現象（也算被我的理論排除的原來理論解釋的現象）。我的新理論僅與“卡文迪斯實驗”不符合（是偽事實），其它都符合。實際上，“能夠預測新的現象”條件是非常重要的條件，也就是說有指導“實踐”的意義。我的理論能預測人類能夠制造“重力場”，接著，就能夠解決“熱核控制”等實際問題。

廣義相對論似乎也滿足該條件，但是，其一，把牛頓力學借口為“近似”，就原封不動地退回到中學教科書中去，沒有滿足“新理論建立的基礎必須比現有的理論的基礎更深刻、更基本”的條件；其二，沒有“比現有的理論能解釋更多的觀察事實”；其三，僅預測了太陽的星光偏轉現象，而此現象可有另外的解釋。其它的預測，如引力波、黑洞等，到目前還沒有證實；其四，到目前還沒有表現出具有指導實踐意義的事例。可以說，廣義相對論僅有一句話有意義，就是“物體的同一性質按照不同的處境或表現為‘慣性’，或表現為‘重性’”這句話。也就是這一句話，才有“一字千金”的份量，在科學的歷史上有“永垂不朽”的價值，從而，把人類對大自然的認識向前推進了一大步。

廣義相對論也許還有一個價值，讓許許多多的物理人跟著學了一遍連“數學系”都當作“選修科目”的黎曼幾何，不白學，也許還有“書到用時方狠少”的意義。如果黎曼在天有靈，應該對愛因斯坦感激涕零。

參考文獻

[1]馬英卓：引力是產生出來的，〈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]馬英卓：慣性力學與整體科學體系，《科學》（科學美國人中文版）雜志，2000年第七期。

［4］馬英卓：等效原理的對與錯，《當代物理世界—物理論文集》網站。

［5］馬英卓：萬有引力真的失靈了嗎？《當代物理世界—物理論文集》網站。

[6]馬英卓：用慣性力學三定律解力學習題。《當代物理世界—物理論文集》網站。

[7]馬英卓：潮汐成因另探。《當代物理世界—物理論文集》網站。

[8]馬英卓：研究物理的終極目的是屬性。《當代物理世界—物理論文集》網站。