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万有引力可以质疑吗

已有 5196 次阅读 2013-5-13 16:06 |个人分类:自然科学|系统分类:观点评述| 质疑, 牛顿 万有引力

——刘全稳

 

牛顿于1666年在苹果树下读书时想到了——苹果之所以掉向地球而不是向上飞去,是因为地球与苹果间存在“引力”的作用,地球的引力作用使苹果产生了重力,而且苹果无论是在手上,还是在树上,还是放在最高的山上,其重力都是一样的。后来他又在天文观察时想到了这点——月球之所以围着地球转,地球之所以围着太阳转,也是因为它们两者间存在“引力”。于是,经过十多年的思索,在1684年应哈雷之邀,牛顿向人们正式提出了——任何两个带质量的物体间都存在着引力,并给出了引力的初步概念。可是牛顿致死也没有给出引力的公式。

三百多年来,除了在刚开始提出“引力”概念时牛顿遇到了同时代的一些科学家与哲学家非常有力质疑的冲击外,其描述的“引力”被后人毫无怀疑地全盘接受并发展亦或被“歪曲”,并以牛顿万有引力名义广泛应用则可谓一直顺风顺水。正是因为认识到了引力的存在,牛顿建立了宇宙运行体系。

因为牛顿及其学生科茨不仅告诉人们:地球表面附近的物体所具有的向心力等于重力,并且,他们在最高的山顶上也没有发现这种重力有丝毫的减弱;由此,他们看到重力与月球的向心力完全没有区别;而且还指出:任何两个有质量的物体之间都存在引力作用;这种力能延伸到极远距离。所以,后来者将这种引力推为万有引力。

由于牛顿最先提出引力并为此著书立说向反对派权威解释这种力的存在,而声名卓著,所以,后人在证实牛顿所述的引力存在并拟合出引力公式后,赋予了“牛顿万有引力定律”的概念。

撰写本文只想告诉读者这几个问题:

1 现在的万有引力不是牛顿的

在牛顿的《原理》第一编命题76定理36的推论中,牛顿较为详细地描述了多个球体运动中两个球体之间的引力的关系:引力与吸引球体的的质量成正比、与吸引球体和被吸引球体质量的乘积成正比、与二球体球心距离的平方成反比关系。并且明确指出,如果吸引作用由两个球体相互作用产生,这种比例式依然成立,相互吸引作用使力加倍,比例式不变。

牛顿所说的“这种比例式”,也许还包含其它牛顿未知项,比如第三者同时对这两者的作用,因而他还不能确定,如果能够确定,牛顿早就确定下来了。

发明了流数法(微积分)、擅长比例分析的牛顿是绝对不可能将一个比例系数留给后人来发展的。从他发现引力存在到他逝世,中间有几十年时间,而这几十年,牛顿和他的学生面临着比他地位更高人的诘难是他绞尽脑汁都想反驳的。

所以说,牛顿再世一定不会同意人们强加给他的仅仅添加了一个非常小的系数的“万有引力”就是他所谓的引力。这样一个引力系数,聪明的牛顿还不会自己去添加吗?

关于引力,牛顿仅仅是依据观察结果而形成的一种猜测而已,他不能肯定这种猜测是否正确,所以致死也没有给出表达式。

如果真是这样,所谓的万有引力还是力吗?真按量纲考核,“万有引力”就不是力。

2牛顿的引力描述只是一种猜测

按照牛顿在《光学》后面的第31个疑问中所述的观点,牛顿的引力是他采用综合方法在综合了卫星与行星,行星与恒星的关系后得出的。综合研究方法就是先假定原因已经找到,并且已确立为原理,再用这一原理去解释由它们发生的现象并证明这些解释。为了证明“引力”是正确的,他采用了物体重力的存在现象、海洋的潮汐现象做为论据(这便是引潮力的由来)。

但是,牛顿还是曾经表达过对“引力”理论不满的思想的。牛顿在1717-07-16《光学》第二版的声明中写道:为表明我没有把引力看作物体的基本属性,我已加上了关于它的原因的一个疑问;我所以选定以一个疑问的方式提出它,是因为我由于缺乏实验而对它还不满意。

单看牛顿的前期的《自然哲学之数学原理》,或单看《光学》后的第31个疑问,牛顿对引力的存在及描述可谓坚信不疑。是否可以这样理解,牛顿的这第31个疑问本来是按照一个“命题”“定理”早就写好了的,由于所期待的实验发现一直没有出现,弃之可惜,添之有疑。

如果所期待的实验发现出现了,牛顿的《自然哲学之数学原理》就可以出第四版,就会增加引力在光的粒子性中的表现。

所以,综观牛顿思想,牛顿的引力描述只是一种猜测。

3 所谓的万有引力定律是后人妄加的

现在很多人认为牛顿在1687年就发现了引力的存在并提出了“万有引力”定律,并且有人认为“万有引力”是牛顿定律思想中最伟大的一个,这是不符合实际的。说引力是牛顿最先发现的可以,但说牛顿最先发明了“万有引力”则不可以,这是违背巨人意志的。因为牛顿从来就没有给出引力表达式,晚年的牛顿甚至怀疑引力是物体间存在的基本属性,因此,所谓的“万有引力定律”完全是后人强加给牛顿的。

资料显示,牛顿在1693年2月25日写信给本特利时这样说过:“一个物体可以不借助任何其他东西穿越虚空距离而作用于另一个物体,物体通过虚空进行彼此间作用和力的传递,这对我来说是很荒谬的。我相信,任何有足够哲学思维能力的人都不会沉溺于此”(http://baike.baidu.com/view/1547.htm)。表明牛顿当时对宇宙星体间的引力认识并不清晰和确定,甚至还自认为是荒谬的。

无论是最终转变成持疑者的牛顿本人,还是长期存在的质疑者们,他们怀疑的都只是对引力的表述及其大小关系的看法,因为缺乏严密逻辑维持而持疑,而对引力的存在性则没有资料显示有任何怀疑表示。

现在看来,牛顿描述的引力在可建立轨道运行关系的物体间是存在的,没有轨道关系的物体间则不存在,即:引力只存在于有一定轨道关系的物体间,并不是所有物体间都存在引力属性。

因此引力不能成为定律。

4 牛顿关于海洋潮汐的引力特征描述不正确

由于牛顿认为世界上任何两个物体间都存在引力作用,而又给不出引力方程,在受到质疑派强烈诘难的情况下,牛顿采用了以现象解释本质的方式来进行学术观点的维护。他首先采用的是物体具有的重力现象来解释重力是由于地球与物体间存在引力作用的原因,再由无论物体是在高处还是低处,重力都存在的现象引申出引力可以延伸到无限远处,来说明月球是因为与地球间存在引力作用才围着地球转动,地球、金星等也是因为与太阳间存在引力作用而绕着太阳转动,进而拓展至地球与金星甚至月球与海水间都存在引力作用。

我们说,宇宙间存在引力是没有问题的,地球对地球系统中的物质存在引力作用也是不可否认的,太阳对太阳系内物质存在引力作用也是正确的,以及位于轨道焦点的物体对轨道上运行的物体存在引力作用都是没有问题的。但是,同时受同一焦点作用的物体间是不存在引力作用的(如果将电场力、磁场力、分子间力、原子力归为“引力”,则需除外)。

引力是由轨道关系决定的,彼此间不存在轨道关系的物体,不存在引力作用。作为地球物质组成成分的海水与月球间的引力关系体现出来的是地球与月球的引力牵引所形成的物质移动现象,这种现象总是随着月球的转动而正对着月球,但海水自身与月球之间是不存在引力作用现象的。这是一定要加以区别认识的。

至于海水的潮汐现象,则完全是由于轨道运动的物体之间存在的另外一种完全区别于引力的作用力作用的结果,与所谓的“月球与海水的引力作用”风马牛不相及。

现在看来,牛顿用地球的海潮现象来解释是因为海水受月球引力的作用的结果以证明物体间的引力存在,从而反击莱布尼茨等人对牛顿提不出引力方程式的诘难,犯了两个错误:错误之一是主题置换,将人们没有怀疑引力存在只是对牛顿关于引力的大小与方向并不精确的描述提出质疑(这种质疑可以更多理解成现今的类似你牛顿就是好为人师、煞有介事,有本事拿出精确的表达式看看之类)的主题偷换成人们怀疑物质间存在引力;错误之二是任意引申,把一些尚未搞清本质问题的现象牵强附会,将一些并不存在内涵关系的目标牵扯进来辅佐,从而流下遗憾。

由于潮汐属于波动,波的传播受途径变化的影响会产生干涉和衍射现象,所以,海潮受海岸、海岛、岛链、群岛等地貌的影响会产生波峰波谷的叠加与消减而出现不规则潮汐。只有在大洋中部、无影响的大气层,不属于引力作用的潮汐现象会得到充分而完美的体现。这一点牛顿当时是无法知道的,牛顿不知道海潮真正的动力成因。

 

(本文只是一部分)

 



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