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机械能守恒定律与力学相对性原理关系研究回顾

【0.引言】

伽利略说：“我的目的是要阐明一门崭新的科学,它研究的却是非常古老的课题.也许,在自然界中最古老的课题莫过于运动了；例如观察到下落重物的自然运动是连续加速的.”“把你和朋友关在一条大船下的主舱里,让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一只大水碗,其中有几条鱼,然后挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里,船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行；鱼向各个方向随便游动；水滴滴进下面的罐中,你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向施更多的力.当船以任何速度前进,只要是匀速的,你将发现,上述观察的现象依旧,你无法用任何现象判定船是运动还是不动……”^[1].

【1.守恒定律研究历史回顾】

某些物理量守恒的想法渊源于西方的哲学思想.千百年来,人们通过对天体的观测,发现了宇宙天体的运动并没有减少的迹象.所以在１６－１７世纪,许多哲学家都认为,宇宙间运动的总量是不变的.笛卡儿和莱布尼茨都是这种思想的宣传者,而且都致力于寻求一个合适的物理量来量度运动,以表达宇宙运动的守恒.笛卡儿提出,质量和速度的乘积,并把这个量叫做“运动量”.现在通常把这个量叫做动量,并且已经确立了动量守恒定律.可以说,笛卡儿社动量守恒定律的先导.莱布尼茨也相信某种与运动有关的量是守恒的,这就是他所说的“力”.他认为,应该用ＭＶ来量度力,并称之为“活力”.他还认为,物体静止了“活力”并没有损失掉,而是以某种形式储存起来.他把这种与静止状态相联系而储存起来的“力”称为“死力”. 莱布尼茨的观点是机械能守恒定律的萌芽.此后近２００年的历史中,物理学界始终存在着ＭＶ和ＭＶ²哪一个是真正的量度运动的量的争论.直到１９世纪,恩格斯科学地论述了两者的区别和运用范围,并结束了这场争论.牛顿时代的莱布尼兹研究过动能守恒,机械能中的势能直到1853才由Rankine正式提出^[2], 而在这之前焦耳和迈耶已经建立了现代意义上的能量守恒与转化定律. 永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证，成为导致建立能量守恒原理的重要线索.至19 世纪20 年代，力学的理论著作强调“功”的概念，把它定义成力对距离的积分，并澄清了它和“活力”概念之间的数学关系，提供了一种机械“能”的度量，这为能量转换建立了定量基础.1835 年哈密顿(W.R.Hamilton，1805—1865)发表了《论动力学的普遍方法》一文，提出了哈密顿原理.至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容.

机械能守恒定律是能量守恒定律在机械运动中的一个表现形式，早在力学初步形成时就已有了能量守恒思想的萌芽，例如伽利略研究斜面问题和摆的运动，斯梯芬(Stevin，1548年—1620年)研究杠杆原理，惠更斯研究完全弹性碰撞等都涉及能量守恒问题.17世纪法国哲学家笛卡儿已经明确提出了运动不灭的思想.以后德国哲学家莱布尼兹(Leibniz，1646年—1716年)引进活力(Visviva)的概念，首先提出活力守恒原理，他认为用mv2度量的活力在力学过程中是守恒的，宇宙间的“活力”的总和是守恒的.

【2.国内研究文献发表中的多彩现象】

机械能守恒定律是由牛顿定律导出的动力学规律，理所应当满足满足相对性原理——伽利略变换的不变性，可是这个问题一直没有定论，下面列举出国内研究机械能守恒定律与力学相对性原理之间关系的有关文献，以文献发表时间为序.

1.国内文革前的杂志

1964年6月《物理通报》杂志发表熊秉衡的文章《在不同惯性系中的机械能守恒定律》，以单摆和斜面为例说明机械能守恒定律不满足伽利略变换.1965年3月熊秉衡在《物理通报》上发表《“在不同惯性系中的机械能守恒定律”的更正与补充》.

2.国内文革中的杂志

1975年1月《郑州大学学报（理学版）》发表孟广达的文章《关于相对性原理和方程的协变性》.

3.国内文革后的杂志（以10年划段）

（1）1981--1990年

1981年1月蔡伯濂在《工科物理教学》发表文章《关于讲授功和能的几个问题》，首次提出了力学相对性原理（theprincipleofrelativityinmechanics）和机械能守恒定律之间的关系问题，包括弹力、重力和万有引力问题.1981年2月《物理教师》发表董继昌的文章《动力学中三个守恒定律成立的条件》，张祖彦在《物理教学研究》发表文章《不同惯性系中的动能定理和守恒定律》.1981年6月《物理教学》发表蔡伯濂的文章《不同参照系中的功和能》.

1982年蔡伯濂在《大学物理力学教学研究》中坚持认为机械能守恒定律不满足力学相对性原理，进而对于作为“定律”的机械能守恒定律提出了异议.1982年1月《物理教师》发表黄增如、方海南、南冲的文章《为什么说重力势能是地球和物体组成的物体系具有的?》；1982年《华侨大学学报（自然科学版）》第二期发表杜成金的文章《力学规律的不变性与力学量测量的相对性——从力学相对性原理谈起》.

1983年《曲阜师范大学学报（自然科学版）》第一期发表穆泗书的文章《物理量的相对性与守恒定律的不变性》；1983年《佛山科学技术学院学报(社会科学版)》第00期发表丘基瑶的文章《机械能守恒定律与惯性参考系的变换》；1983年2月《大学物理》发表高炳坤教授的文章《从三个参考系看“地球—卫星”系统》；1984年《曲阜师范大学学报（自然科学版）》第3期发表张兆益的文章《从内力做功特征剖析势能属于系统》.

《华南师范大学学报（自然科学版）》1985年第1期发表刘一贯的文章《关于机械能守恒定律的协变性》，1985年1月《物理教学》发表金若兴的文章《机械能守恒定律的条件》，以单摆为例说明机械能守恒定律在一个惯性系成立，在另一个惯性系未必成立；《物理通报》1985年2月发表陈俊衡《浅谈机械能守恒定律的条件》，1985年《吉首大学学报（自然科学版）》第2期发表润宙的文章《机械能守恒与参照系的关系》.

1986年1月《黄石教育学院学报》发表田华侨、陈金印的文章《也谈机械能守恒定律的条件——与金若兴同志商榷》；1986年1月《物理教师》发表陈世生、任守乐的文章《应用机械能守恒定律时的参照系选择问题》；1986年3月《娄底师专学报》发表唐椒凡的文章《力学量的相对性和力学定律的不变性》；1986年《承德民族师专学报》第4期发表冯伟的文章《机械能守恒定律与参照系——对力学中一个问题的讨论》；《物理通报》1986年5月发表黄沛天的文章《要准确理解机械能守恒的条件》；《物理通报》1986年10月发表赵世文的文章《对《浅谈机械能守恒的条件》一文的商榷》，《物理教学》1986年10月发表田华桥、陈金印的文章《也谈机械能守恒的条件》，与1986年1月《黄石教育学院学报》发表的文章相同.

《河池师专学报》1987年第1期发表许忠诚的文章《伯努利方程的适用条件》；《物理通报》1987年11月发表粱昆淼的文章《机械能守恒定律与机械能守恒》，《鄂西大学学报》1987年第3期发表侯玉琳的文章《功和能与参照系的关系》.

《郑州工学院学报》1988年第1期发表李秀琴的文章《动量守恒和机械能守恒在伽利略变换中的不变性》，1988年1月《大学物理》发表卢圣治、胡静和管靖的文章《用牛顿力学方法和分析力学方法分析机械能守恒条件时遇到的一些问题》，明确指明了有势力与保守力的区别，显含时间的力为非保守力.《鄂西大学学报》1987年第三期发表侯玉琳的文章《功和能与参照系的关系》.1988年7月丁俊华代表《大学物理》编辑部发表《关于机械能守恒条件的来稿综述》以及史玉昌的文章《势能与机械能守恒定律》，指出只有内保守力的孤立系统，才满足力学相对性原理.

《河池师专学报》1989年第3期发表黄秋华的文章《不同参照系中的伯努利方程》和许钟城的文章《机械能守恒与参照系》；《辽宁大学学报（自然科学版）》1989年第4期发表张景春、韩淑梅的文章《浅析物体系的势能》.1989年5月《沈阳化工学院学报》发表马忠义的文章《物体在约束运动中的功和能》；1989年6月《长沙铁道学院学报》第7卷第2期发表左展书的文章《在Galileo变换下功能关系的不变性》；1989年9月《郑州工学院学报》发表李有为的文章《受光滑约束系统的机械能守衡问题》.1989年9月《大学物理》发表白静江的文章《读者来信》.

1990年1月《华南师范大学学报（自然科学版）》发表陈俊衡的文章《关于力学相对性原理­­­——与梁昆森先生商榷》，批驳了梁昆森的观点.《大学物理》1990年第03期发表赵殿林的文章《力学相对性原理》，《广西物理》1990年第3期发表刘家声的文章《对机械能守恒定律的剖析》.

（2）1991--2000年

《北京联合大学学报》1991年第2期发表谢铁曾的文章《涉及地球的力学问题易出现的佯缪》，1991年10月《大学物理》发表高炳坤、谢铁曾的文章《地球所受的一种易被忽视的惯性力》.《大学物理》1991年第11期发表了原北京师范大学物理系管靖教授的文章《力学相对性原理与机械能》，提出了只包括内势能的机械能定理和机械能守恒定律满足力学相对性原理，包括稳定外势能的机械能定理和机械能守恒定律不满足力学相对性原理，“我们确可以找到由牛顿定律导出而又不满足相对性原理的定理和推论”，从而困惑地呼吁，“经典力学中，相对性原理是不容违背的，对问题的存在不能等闲视之，应寻求问题的解决.”1991年12月陈克文在《四川师范大学学报（自然科学版）》发表文章《伽利略变换及其在力学教学中的处理》.

韶关大学学报（自然科学版）1992年第2期发表李小珠的文章《功能与参照系》.

《温州师范学院学报（自然科学版）》1993年第2期发表徐望枢的文章《功能原理与机械能守恒定律的协变性的讨论》；1993年4月《大学物理》发表白静江的文章《应用对称性原理探讨牛顿质点力学诸规律的对称性》.1993年9月《安徽工学院学报》发表赵国新的文章《保守力与系统势能的研究》.1993年秦继民、萧化出版的《普通物理学专题研究》也专门分析了这个问题.

1994年1月《大学物理》由北京大学相对论专家、博士生导师蔡伯濂教授执笔发表编辑部文章《关于力学相对性原理与机械能守恒的来稿综述》，《教学研究》1994年第一期发表王天选的文章《谈谈参照系、坐标系的关系和势能零点的选取》，《张家口职业技术学院学报》1994年第一期发表曾宪盈的文章《我对于机械能守恒条件的一点看法》，《甘肃教育》1994年第一期发表卢沙丽的文章《机械能转化与守恒定律的内蕴》，《安徽教育学院学报（自然科学版）》1994年第2期发表汪三五、刘大为的文章《关于机械能守恒定律的条件及与伽利略协变性的联系》，1994年《柳州师专学报》第二期发表俞仲林的文章《机械能守恒与参照系的选取有关》；1994年4月《物理通报》发表周丰群、刘德星的文章《机械能守恒定律的正确描述》；1994年5月《怀化学院学报》发表张小溪的文章《也谈力学相对性原理与机械能》，从定性和定量两个方面证明包括稳定处势能的机械能定理和机械能守恒定律是满足力学相对性原理的.1994年8月《大学物理》发表郑永令的文章《流体流动状态与伯努利方程》，1994年9月《安徽师大学报（自然科学版）》发表黄时中、尹仕庭的文章《关于势能教学的讨论》，《殷都学刊》第三期发表马秀艳的文章《不同惯性系的机械能和功能原理》，《大学物理》发表蒋士亮、秦继民的文章《力学中的守恒定律与时空对称性》.《甘肃教育》1994年第11期发表卢沙丽的文章《机械能转化与守恒定律的内蕴》；1994年12月《河北师范大学学报（自然科学版）》发表倪振成、杜世泽、冯麟保的文章《功能原理和能量守恒定律的协变性》.

《江苏广播电视大学学报》1995年第一期发表杨宗的文章《试论机械能守恒定律》，《黄淮学刊（自然科学版）》1995年第1期发表白静江的文章《机械能守恒定律的一个推广》．《桂林师范高等专科学校学报》1995年第03期发表顾国峰的文章《力学守恒定律的相对性》；《高等函授学报（自然科学版）》1995年第3期发表魏启立的文章《牛顿力学与分析力学机械能守恒条件的比较》；《丹东师专学报》1995年第三期发表张东碧的文章《关于物体系势能的几个问题》；《邢台师范高专学报》1995年第4期发表张淑芳的文章《机械能守恒定律违背力学相对性原理吗》；《运城高专学报》1995年第4期发表杜根盛的文章《物体组的势能与参照系》；《菏泽师专学报》1995年第4期发表刘显宗、苏昭霞的文章《两种不同性质的功的定义式》.1995年5月高炳坤教授发表《力学中一个令人费解的问题》，1995年11月《大学物理》发表高炳坤的文章《势能的对称性与守恒定律》.1995年12月《淄博师专学报》发表刘瑞金的文章《有关机械能及其守恒律的研究评述》.­

1996年1月《物理通报》发表李志业的文章《关于动能和重力势能守恒问题》；2月四川教育学院学报》发表黄琼的文章《机械能守恒定律和动量守恒定律与参照系的关系》；3月《四川师范学院学报(自然科学版)》01期发表黄永的文章《伽利略变换下的不变性与力学相对性原理的区别》，《大连轻工业学院学报》发表张波的文章《不同惯性参照系中的机械能守恒》；《高等函授学报（自然科学版）》1996年第3期发表董桂云的文章《经典力学中的守恒定律与时空对称性》，《广西物理》1996年第17卷第3期发表肖乃文的文章《不变性原理的思维方法在物理学中的应用》，1996年《济南大学学报》第六卷第四期发表马秀峰的文章《时空对称性与力学守恒定律》，《河南师范大学学报（自然科学版）》1996年04期发表胡世巧、张务华、张凤云的文章《牛顿力学的数学系统和力学相对性原理》；1996年4月《中学物理教学参考》发表杨懋柏的文章《运用机械能守恒定律时应注意的问题》；1996年4月《四川教育学院学报》发表黄琼的文章《机械能守恒定律和动量守恒定律与参照系的关系》；1996年10月《大学物理》发表李光惠、高炳坤的文章《对“力学中一个令人费解的问题”的补充》.1996年12月《中专物理教学》发表邹艳的文章《谈机械能守恒条件的教学》.

《工科物理》1997年第一期发表赵治华、史祥蓉的文章《什么是保守力》，提出了力的保守力不具有伽利略变换的不变性；河北师范学院学报（自然科学版）1997年第二期发表赵佩章、陈华、胡世巧、赵文桐的文章《机械能守恒定律满足力学相对性原理》，1997年3月白静江在《大学物理》发表《两体问题中的功能原理及机械能守恒定律》，1997年3月《广西物理》发表何红雨的文章《机械能守恒定律与惯性参照系的选择》；1997年5月《物理教师》发表谭清莲的文章《功、能和惯性参照系》；1997年8月《沈阳工业大学学报（自然科学版）》发表刘士元的文章《满足协变性的机械能守恒定律的条件》，《丽水师专学报》发表翁建平的文章《经典力学范围的相对性原理》；1997年《黄冈师范学院学报》第4期发表冯胜奇的文章《力学相对性原理与伽利略变换的唯一性》.

1998年1月《广州航海学院学报》发表郑民伟的文章《关于机械能守恒与惯性参照系的选取》；《平顶山师专学报》1998年第二期发表贾利群、黄宏春的文章《关于机械能守恒定律的讨论》，1998年《物理与工程》第2期发表曹春梅、尹增谦的文章《一类特殊两体问题机械能守恒的判断》，1998年10月《物理与工程》发表易双萍的文章《不同惯性系中的力学规律》，指出机械能守恒定律与角动量守恒定律不满足力学相对性原理；1998年12月《衡阳师专学报（自然科学版）》发表刘雅丽的文章《两个有关机械能守恒问题的讨论》.

1999年1月《大学物理》发表李慧玲的文章《计算势能的一种简单方法》，高炳坤教授在《大学物理》高炳坤代表编辑部发表文章《机械能守恒定律和相对性原理》，指出机械能守恒定律可以不服从力学相对性原理.《山西煤炭管理学院学报》1999年第4期发表张秀山的文章《浅析机械能守恒定律》.1999年4月《中学物理》(高中版)发表孟昭辉的文章《应用机械能守恒定律解题的参照系问题》.1999年6月《重庆师范学学院学报（自然科学版）》发表郑民伟的文章《关于机械能定理与惯性参照系的选取》，文章推导出机械能定理在不同惯性参照系应用的情况，说明机械能定理在不同的惯性参照系下都成立；1999年《物理教师》第7-8期（Z1）发表谢永诛、凌寅生的文章《物理定律在惯性坐标系间的形式不变性》.1999年9月《益阳师专学报》发表张钧的文章《力学中功能的相对性》.1999年12月《深圳教育学院学报(综合版)》发表陈永清的文章《浅谈研究力学问题如何选择参照系》.

《忻州师范专科学校学报》2000年第1期发表邵贵成的文章《浅谈机械能守恒定律的表述》；2000年1月《甘肃教育学院学报（自然科学版）》发表张相武的文章《力学体系保守力的判据和势能的计算》；2000年《物理与工程》第一期发表吕宗禄的文章《势能引入的改进》，《大学物理》2000年2月发表河北师范大学物理系鲁增贤、孟秀兰的文章《机械能守恒定律服从力学相对性原理》（最初由刘明成起草，后来修改后刘明成不满意退出，后来李武刚出版《普通物理专题研究引用该文》）、高炳坤教授的《“机械能守恒定律是否遵从相对性原理”辨》以及喀兴林代表编辑部发表《编者的话》，甘肃省金昌市金川公司第三中学张九铸的文章《也谈机械能守恒定律和相对性原理》和中国科学院力学研究所、非线性连续介质开放研究实验室朱如曾研究员的文章《相对性原理及其对自然界定律的协变性要求——机械能守恒定律协变性疑难的解答》.2000年2月《物理通报》发表龙跃奇的文章《一个机械能守恒问题的思考》；2000年全国高等工科院校物理教育学术研讨会上广西工学院基础部的申文光发表《机械能守恒定律服从力学相对性原理》，这篇文章发表在2000年《工科物理（增刊）》上；2000年9月《哲里木畜牧学院学报》第03期发表苏莉、阿娜、李子军的文章《关于机械能的转化和守恒定律的一些问题》；《山东建筑工程学院学报》2000年第3期发表闫岩、李红艳的文章《关于物体系机械能的讨论》；《物理通报》2000年第6期发表陈永清的文章《研究力学问题如何选择参照系》（与深圳教育学院发表1999年12月的论文相同）；2000年9月《物理通报》发表葛松华的文章《一个机械能守恒问题的简单证明》；2000年12月《河北师范大学学报》（自然科学版）发表河北师范大学刘明成教授、河南师范大学赵文樯教授的文章《对机械能守恒定律满足力学相对性原理的补正》.

（3）2001-2010年

2001年1月《松辽学刊》（自然科学版）发表刘明成教授的文章《机械能守恒定律遵从力学相对性原理》；2001年2月《机械管理开发》发表李晓英的文章《对机械能守恒定律的两种理解》，2001年《物理教师》第2期发表江苏省盛泽中学王宗谟的文章《参照系平动变换中的动能定理和机械能守恒定律》，2001年3月高炳坤在《大学物理》发表论文《能量追踪》，2001年5月《大学物理》发表高炳坤教授的文章《一个保守力作的功等于势能的减少吗》.2001年12月《淄博学院学报（自然科学与工程版）》发表刘瑞金的文章《机械能相关问题的讨论》.

2002年2月《河南师范大学学报（自然科学版）》发表李兴毅、陈健、赵佩章、赵文桐的文章《伽利略变换的物理意义》以及吴慎山、苏本庆、张玉中、吴东芳合写的文章《对参照系与惯性力中一些问题的分析》，指出了惯性力不做功，机械能守恒定律满足力学相对性原理；2002年2月《技术物理教学》发表蔡传锦的文章《机械能守恒与惯性参考系》；2002年2月高炳坤在《物理与工程》发表《力学中一个诡秘的错误》；《南京广播电视大学学报》2002年第2期发表许胜虎的文章《保守力做功和势能减少的关系》；2002年3月《大学物理》发表朱如曾研究员的文章《相对性原理对普遍定律和非普遍定律参考系变换性质的不同要求——关于协变性疑难的进一步讨论》，相对性原理的经典表述是有内在矛盾的，因为不是所有自然界规律都对洛伦兹变换协变.为了解决这个矛盾，该文提出单独协变和联立协变的概念，把表述对协变性的要求修改为“自然界每一定律至少属于一个协变集”.这就把机械能守恒定律包容在功能原理、甚至更大的“协变集”之内了；朱如曾研究员的论文推翻了大学物理以往的讨论，因此《大学物理》2002年3月《大学物理》发表《编者的话》其中明确肯定了朱如曾的观点，“围绕机械能守恒定律是否遵从相对性原理的问题引发了一场争论，争论的焦点最后转向什么是相对性原理以及它与协变性要求的关系问题.最后的结论是，所有规律都服从相对性原理，然而只有普遍定律满足协变性，非普遍定律不满足协变性.我们欣赏这个把相对性原理和协变性区分开来的方案，它彻底避免了机械能守恒定理不服从相对性原理的结论.这次讨论中问题的根源是相对性原理经典表述中的矛盾引起的.”（有趣的是这篇《编者的话》没有说明执笔人是谁，说明编辑部内部的意见并不一致.）笔者认为相对性原理是“脚”，机械能守恒定律是“鞋”，《大学物理》这种做法犹如“削足适履”.然而这个问题的讨论并没有结束，正如19世纪末由于牛顿力学和麦克斯韦电磁理论趋于完善，一些物理学家认为，“物理学的发展实际上已经结束，物理学已经走到穷途末路了”.殊不知，彼时彼刻，物理学正酝酿着两场翻天覆地的大革命：爱因斯坦的相对论彻底地改变了人们对时间、空间、重力以及宏观宇宙的理解；而量子力学则揭示出一个奇异的微观宇宙.这两大横空出世的革命令人惊觉宇宙之神奇以及人类直觉之不可靠.然而，事情并没有就此结束，物理学的车轮仍然在科学的驱使下滚滚前行.2002年4月高炳坤、李复在《大学物理》发表《“惯性系”考》；2002年《物理教师》第23卷第4期发表凌寅生、王宗谟、陈兆立的文章《伯努利方程在伽利略变换下的协变性》；2002年5月高炳坤、李复在《大学物理》发表《“惯性系”考（续）》；《力学与实践》2002年5月发表梅凤翔的文章《关于机械能守恒律——理论力学札记之一》2002年5月5日河北师范大学物理系刘明成等教授以河北师范大学百年校庆为契机，邀请了41位教授举行了一次学术研讨会，论文集的名称为《伽利略相对论》；2002年6月《大学物理》发表李子军、李根全、白旭芳的文章《牛顿力学形式和相对论力学的协变性》，《技术物理教学》发表蔡传锦的文章《机械能守恒与惯性参照系》；2002年9月《河北能源职业技术学院学报》发表郑理的文章《动惯性系中的动能定理及机械能守恒定律》；2002年12月高炳坤教授在《物理与工程》发表论文《力学中一个诡秘的错误》，再次举例说明机械能守恒定律不满足力学相对性原理；2002年12月《常州信息职业学院学报》发表施肖铮的文章《在不同惯性系中的机械能守恒定律》（笔者注：本文与1964年熊秉衡教授的文章完全相同）.2002年《力学与实践》第24期发表朱如曾研究员的文章《相对论力学中普遍定律的实用判别法和协变集的实用构造法》；2002年12月《黔东民族师范高等专科学校学报》发表熊正文的文章《关于弹性势能与势能零点和坐标原点的选取问题的讨论》；2002年12月《技术物理教学》第10卷第4期发表张仿的文章《如何建立重力势能共有的概念》.

《青苹果》2003年第1期发表白云鹏的文章《谈机械能守恒的相对性》，2003年《物理与工程》第三期发表王广泰的文章《浅谈从保守力做功到势能概念的引入》；《连云港师范高等专科学校学报》2003年第04期发表戴丽莉、丁红星的文章《谈势能概念对于机械能守恒定律理解的重要性》；2003年4月高炳坤、李复《物理与工程》发表《奇妙的惯性力》；《天中学刊》2003年第5期发表宋德山、刘恩卿的文章《功能原理教学中应该注意的两个问题》；2003年6月《包钢科技》发表张丽文的文章《成对内力做功问题的讨论》，《山东科技大学学报（自然科学版）》（增刊）发表王飞华、李磊、刘静的文章《两体问题在不同惯性系下运动描述的讨论》(这篇文章也在2003年华东六省一市物理学联合年会上交流)；2003年7月《西安邮电学院学报》发表吴恒德的文章《关于“机械能守恒的条件”》；2003年9月《晋中师范高等师范专科学报》第3期发表王唐的文章《对表述功能原理的一点思考》；2003年10月《大学物理》发表清华大学王凤林、高炳坤的教授的文章《差之毫厘，失之千里———星球参考系与质心参考系的差异》；2003年10月《中学生理科应试.高中》和《物理教师》同时发表高翔、杨远平的文章《对机械能守恒定律“五性”的理解》2003年11月《大学物理》发表田晓岑、任翠娥的文章《给牛顿力学戴上相对论协变的光环，弊大于利》；2003年12月《连云港师范高等师范学院学报》发表戴丽莉、丁红星的文章《谈势能概念对于机械能守恒定律理解的重要性》，《开封教育学院学报》发表王开放的文章《机械能守恒定律的条件》；2003年12月《沈阳航空工业学院学报》发表徐恩生的文章《机械能守恒定律的局限性》.

2004年2月《吉林师范大学学报（自然科学版）》发表鲁增贤、杨大伟、刘明成的文章《相对性原理和协变性要求》，《高等函授学报（自然科学版）》发表王绍明、王国强的文章《机械能守恒定律的正确表述和理解》；2004年2月《物理教师》发表李灏老师的文章《对高中物理教材“机械能守恒定律”一节的思考》，指出机械能守恒是具有相对性的，即在一个惯性系中机械能守恒，在另一惯性系中机械能不一定守恒；2004年3月《吉林师范大学学报（自然科学版）》发表王立、张成华的文章《机械能守恒定律具有伽利略变换不变性》；2004年5月高炳坤在《大学物理》发表《三体问题的受力分析-兼谈失重》和《均匀的背景引力场是无法感知的》；2004年6月《物理与工程》发表王雪莹、李叶芳、刘伟的文章《势能引入的新方法》；2004年11月《物理教师》发表张萍的文章《浅谈从保守力做功到势能概念的引入》.2004年11月高炳坤、李复在《大学物理》发表《人造地球卫星和月亮在地心参考系中的受力分析》，同期发表李子军的文章《再论牛顿力学形式和相对论力学的协变性》；2004年12月《大学物理》发表高炳坤教授的文章《由动能定理导出功能原理时的蹊跷之处》；2004年12月《物理实验.中学部分》发表孟昭辉的文章《要正确认识“势能属于系统”的物理本质》.

2005年1月《大学物理》发表李复、高炳坤的文章《惯性定律不存在循环论证的问题—从爱因斯坦对惯性定律和惯性系的分析谈起》；2005年1月《陕西师范大学学报（自然科学版）》发表吴鹏、王胜林、李斌的文章《机械能守恒定律的条件及其协变性》，2005年2月《三峡大学学报（自然科学版）》发表三峡大学理学院谭昌炳教授的文章《机械能定理与力学相对性原理》，指出了机械能守恒定律不满足力学相对性原理的原因在于外势能的定义，提出了对于势能定义的看法；《鞍山科技大学学报》2005年第3期发表何开棘的文章《机械能守恒定律的条件问题》；《巢湖学院学报》2005年第3期发表许雪艳、陈海波的文章《有关机械能守恒条件的讨论》；《物理与工程》2005年第5期发表赵升频的文章《力学问题中惯性参考系的选取》；2005年5月刘敏、孙皆宜在《牡丹江教育学院学报》上发表《再论机械能守恒定律》；2005年5月《大学物理》发表高炳坤、李复的文章《均匀的背景引力场是无法被感知的》；2005年6月何开棘在《鞍山科技大学学报》发表《机械能守恒定律的守恒条件问题》，饶黄云、胡祥青在《景德镇高专学报》发表《势能为什么是一个物体系所共有的》；2005年6月《陕西师范大学学报（自然科学版）》第33卷专辑发表吴鹏、王胜林、李斌的文章《机械能守恒的条件及其协变性》；2005年8月《物理教师》发表郑国安的文章《不能忽视的惯性力做功》，指出重力势能不具有相对性，即无论从那个惯性系来看重力势能都是mgh；2005年8月《沈阳大学学报》发表裴永伟、籍延坤、吴振声的文章《物理规律的协变性与可变性》；2005年8月《物理教师》发表郑国安的文章《不能忽略惯性力做功》；2005年9月《延安大学学报（自然科学版）》发表白少民、宋永东的文章《论不同惯性系中的动量和动能》；2005年12月《物理教师》发表顾召军老师的文章《机械能守恒有相对性吗？》.机械能守恒定律是功能原理的推论，而现在各个版本的功能原理是不同的，2005年漆安慎、杜婵英的力学教材进行了修改，开始承认外势能的存在，给出机械能守恒的条件为——只有保守力做功.

2006年1月《物理教学探讨》发表冯健老师的文章《滑块的机械能还守恒吗？》，2006年2月《物理教学》发表海安县曲塘中学钱广东老师的文章《不同惯性系中机械能不一定都守恒—兼谈机械能守恒定律是否服从力学相对性原理》，指出同一力学系统在某个惯性系中机械能守恒在另一惯性系中不一定守恒，关键是在另一惯性系中是否同样满足守恒条件；《技术物理教学》2006年2月发表邹艳的文章《质点系的功能原理和机械能守恒定律的讨论》，《物理与工程》2006年6月再次发表邹艳的文章《质点系的功能原理和机械能守恒定律不应忽视的条件》，两次文章完全相同；2006年5月兰州大学物理科学与技术学院的高崇伊教授在《物理通报》发表《机械能守恒定律成立的条件》，2006年5月《吉林师范大学学报（自然科学版）》发表王广德、于秀华、郑长义、刘宏的文章《加强力学相对性原理的教与学》，2006年《平原大学学报》第5期发表赵佩章的文章《自然规律的相对性和协变性》；2006年6月《物理通报》发表赵坚的文章《机械能守恒定律理解中一个值得重视的问题》；2006年6月《阴山学刊》发表鄂州大学袁芳的文章《浅谈物体运动的机械能守恒定律及守恒条件》；2006年6月《黄山学院学报》发表李铮的文章《经典物理学中不同参考系对称性与守恒定律前提等价性的讨论》；2006年9月上半月《物理教学探讨》第17期《物理教学探讨.中学教学教研专辑》发表徐祥宝老师的文章《以地面为参照系滑块的机械能不守恒》；2006年10月《大学物理》发表李光惠、高炳坤教授的文章《对“力学中一个令人费解的问题”的补充》；2006年10月《绵阳师范学学院学报》发表龚劲涛、吴英的文章《对于机械能守恒定律条件的认识》，2006年11月《物理教师》发表绵阳师范学院物理系、绵阳师范学院理论物理研究所龚劲涛、刘国跃、吴英的文章《对于机械能守恒定律条件的认识》，两篇文章完全相同；2006年12月《物理教师》发表孙国标、杨丽芬的文章《也谈机械能守恒的相对性》；2006年12月《集宁师专学报》发表张建忠的文章《机械能守恒条件的讨论》，指出机械能守恒的条件是：力不仅满足旋度为0的条件，势能的表达式也不能显含时间，即场力是稳定的.

2007年1月《物理教师》发表陈艳娇、黄忠仙的文章《再谈论“机械能守恒有相对性吗?”》；2007年1月《吉林师范大学学报（自然科学版）》发表刘文芳、刘明成的文章《关于功能原理之来源之探索》，《物理教师》发表徐祖年的文章《例析机械能增量的相对性》；2007年3月《物理通报》发表李力的文章《谈机械能守恒定律正确表述》，《物理与工程》发表胡明正、何荣良的文章《质心系在近似处理中的特殊作用———质量悬殊的两体问题的近似处理》；2007年8月高炳坤、李复在《物理与工程》发表《奇妙的惯性力》；2007年10月高炳坤在《大学物理》发表《无法避免的惯性力》.

2008年6月科学出版社出版了管靖、刘文彪编著的《理论力学简明教程》也谈及这个问题，《中学物理教学参考》2008年第9期发表张家武的文章《浅议“机械能”中的力学相对性原理》；2008年10月（上半月）《物理教学探讨》第19期发表高泽金的文章《在不同惯性系中物体的机械能守恒问题分析》；2008年12月《物理教师：高中版》发表耿健的文章《基于中学教学层面的机械能守恒定律的三点讨论》.

2009年1月《科技文汇（下旬刊）》发表赖群峰、谢晋雯的文章《学习物理学的两点注意——以辩证观点逻辑思维研究物理学》；2009年2月《通化师范学院学报》发表林景波的文章《非惯性系中机械能守恒与参照系选取无关的条件确定》；2009年4月《科技信息》发表常亮的文章《两体机械能在不同惯性系中的表述及应用》；2009年5月在《物理通报》发表陈炜峰、何跃娟的文章《力学教学中容易忽视的一个问题》，2009年5月龚劲涛在《物理教师》发表《关于机械能守恒定律表述的再探讨》；2009年12月《中学物理教学参考》发表成继先、刘世军的文章《再谈机械能守恒定律》，《理科考试研究.高中版》发表李敬华的文章《应用机械能守恒定律解题时的参考系问题》.

2010年1月刘文芳、刘明成在《吉林师范大学学报（自然科学版）》发表《浅谈作用力和反作用力的功》，2010年《物理教师》第一期发表付喜锦的文章《机械能守恒定律遵循力学相对性原理的条件》，2010年《物理教学》第2期发表庄会波的文章《例谈运动的相对性和相对性原理》，2010年5月高炳坤在《物理工程》发表《参照物每受一个力，被研究物体必相伴一个惯性力》；2010年6月高炳坤在《大学物理》发表《用伽利略变换审视牛顿力学》，坚持机械能守恒定律不满足力学相对性原理；2010年6月《物理与工程》发表高炳坤教授的文章《巧用惯性力》；2010年7月高炳坤在《大学物理》上发表《从4个参考系看弹射过程》；2010年8月高炳坤在《大学物理》发表论文《探索惯性系》；2010年8月《中学教学参考》发表任炳杰的文章《绽放的思维之花》；2010年10月高炳坤在《大学物理》上发表《一源二场》；2010年11月《中学物理教学参考（下半月）》发表尤爱惠、陈显盈的文章《选择不同的惯性系为何结果不同》.

（4）2011-2020年

《教育界》2011年4月发表袁槐琴的文章《动量守恒定律与机械能守恒比较教学方法初探》；2011年5月《大学物理》再次发表高炳坤教授的文章《从三个参考系看“地球—卫星”系统》；《韩山师范学院学报》2011年06期发表苏云的文章《功能原理的价值》，再次否认了外势能的存在，同期发表冯胜奇的文章《伽利略变换及其唯一性》；2011年6月《剑南文学（下半月）（经典教苑）》2011年第6期发表王燕波、卢祥珍的文章《经典力学中功能关系》；2011年6月高炳坤在《大学物理》发表《用惯性力分析二体问题》，2011年7月《中学物理》发表宋善炎、严娇的文章《专题十八相对论基础》，2011年9月高炳坤在《大学物理》发表《漫谈惯性力》，2011年10月高炳坤在《大学物理》发表《比萨斜塔实验趣谈》，高炳坤教授发表的上述文章都直接或者间接与这个问题有关；2011年10月《中学物理》发表刘鑫的文章《解读机械能守恒问题》；2011年11月《大学物理》发表李子军的文章《再论牛顿力学形式和相对论力学的协变性》，2011年11月《合肥学院学报（自然科学版）》发表合肥工业大学物理系余嵘华、肖苏的文章《两体问题中功能关系及其应用》.

2012年2月《物理教师》发表王忠明的文章《伽利略相对性原理及其动力学应用》；2012年7月《物理学教学》发表袁芳、朱炯明的文章《功、动能和机械能》；2012年9月《数理化学习（高中版）》发表苏志春的文章《浅谈惯性系和非惯性系中的力学规律》，《教育教学论坛》2012年第9期发表曹丽华、谭振江的文章《关于功能原理的探究》；2012年12月《数理天地》（高中版）发表张东华、宋戈的文章《机械能守恒定律成立的条件》.

2013年3月《中学物理》发表李卫平、罗洁的文章《注意力的保守性和参考系之间的关系》；2013年3月《理科爱好者》发表王多茂的文章《对机械能守恒定律的再思考》；2013年4月《物理通报》发表张辉鹏的文章《重力势能之佯谬》和苏云的文章《保守力的二元属性》，2013年《平顶山学院学报》第5期发表宋月丽、田明丽的文章《也谈机械能守恒定律和功能原理》；2013年6月《物理教师》发表孙其成的文章《合理选取参考系解力学问题》；2013年11月《物理教学》发表郑金的文章《相对运动中参照系的选择方法》；2013年12月《物理通报》增刊第2期发表河北师范大学刘明成教授的文章《破解功能原理50年的错误表述》，对于机械能守恒定律进行了重新表述.

2014年6月《中学生数理化.高一使用》发表齐来顺的文章《抓住“三性”理解机械能守恒定律》；2014年1月《物理教师》发表王东生的文章《机械能守恒定律究竟该如何表述》；2014年8月《洛阳师范学院学报》发表袁书卿、万明理的文章《关于质点系功能原理和机械能守恒定律相关问题的讨论》；2014年9月《物理通报》发表李学生、师教民的文章《对一道中学生物理竞赛试题答案的商榷》，对这个问题争议最多的弹簧振子问题进行了分析；2014年11月《物理通报》发表罗志娟、段永法、谢艳丁、何艳的文章《关于功能原理的讨论》；2014年12月《石家庄职业技术学院学报》发表李学生、师教民的文章《斜面上下滑滑块机械能守恒问题新解》.2014年《物理与工程》增刊1发表了《2014年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集》，其中收录了于晓凌、林钢的论文《经典物理中相对性原理的教学》（摘要）.

2015年1月《物理教师》发表叶正勇的文章《谈弹簧的弹力与弹性势能》，2月发表孟昭辉的文章《运用机械能守恒定律解题的参照系问题——“对一道中学生物理竞赛试题答案的商榷”一文的不同意见》；2015年3月《物理通报》发表赵文桐、刘文芳、刘明成的文章《重力机械能守恒定律在各惯性系都成立》；2015年4月《物理通报》发表中国科学院力学研究所朱如曾研究员的文章《弹簧振子相对于运动惯性系的机械能不守恒——关于‘对一道中学生物理竞赛试题答案的商榷’的商榷》；2015年4月《中学物理》发表胡荣娟的文章《机械能守恒定律的教学探讨》；2015年6月《物理通报》发表刘明成、刘文芳、赵文桐的文章《引力机械能守恒定律在各惯性系都成立》，2015年7月《物理通报》发表师教民的文章《答《弹簧振子相对于运动惯性系的机械能不守恒——关于<对一道中学生物理竞赛试题答案的商榷>的商榷》和郑金的文章《对一道物理竞赛题的两种互异解答的探讨》；2015年7月《物理教学》发表桑芝芳、郭雅洁、徐小泉的文章《由一道习题解读机械能守恒定律》，引用了漆安慎、杜婵英2005年的功能原理；2015年12月《物理通报》发表刘明成、刘文芳、赵文桐的文章《弹力机械能守恒定律在各惯性系都成立》，《高师理科学刊》发表党兴菊、张瑶、孙俊的文章《势能概念的探讨》.

2016年1月《大学物理》发表名誉主编赵凯华的文章《时空对称性与守恒律(上篇)——牛顿力学》，2016年3月《物理教师》发表陈燕琴、陈佳静的文章《意味深长的“轻质”》，2016年5月《物理通报》发表赵志栋、陈光红的文章《轻弹簧之“困境”》，这两篇文章都提出了轻质弹簧不能单独承受力，也不能单独具有势能；2016年5月《物理通报》（增刊1）发表南开大学物理学院大一学生李伟铎的文章《对“重力机械能守恒定律在各惯性系都成立”的商榷》，2016年6月《物理教师》发表唐龙的文章《例说能量的系统性和相对性》；2016年6月吴英在《理科考试.综合版》发表《关于“机械能守恒和惯性参考系的选择”的进一步探讨》.“野火烧不尽，春风吹又生.”2016年6月国家自然科学一等奖获得者、中国科学院研究所吴中祥研究员利用张量数学证明了机械能守恒定律、动量守恒定律都满足伽利略变换，在科学网上发表多篇博文；2016年9月《物理通报》发表张翠的文章《斜面上下滑滑块机械能守衡问题新解》，《自然科学（全文版）》发表一位中学生宋衍的文章《力学相对性原理与机械能》；2016年10月《大学物理》发表中国科学院力学研究所朱如曾研究员的文章《力场与时间有关系统的功能定理及应用》，并配发了编者的话——在大学物理教学中一般只讨论势能不随时间变化的功能原理，势能随时间变化的功能原理很少涉及，因此学生在遇到此情况时可能犯错误，甚至有些老师也不能免.朱如曾先生对此问题作了详尽说明，并给出实例，是一篇值得注意的文章.2016年12月份《大学物理》发表了这篇文章有关参考文献的勘误.2016年12月《科研》第九卷发表中学生林晓苑文章《力学相对性原理与机械能》.《现代职业教育》2016年33期发表一位中学生的张师夷的文章《力学相对性原理与机械能》.

2017年1月《都市家教月刊》发表宋凯的文章《机械能守恒定律和相对性原理的研究》.《科学家》2017年第15期发表夏禹的文章《机械能守恒定律的应用和外延分析》；《新教育时代.学生版》2017年第17期发表张晓华的文章《力学相对性原理与伽利略变换的唯一性》；2017年8月《物理教学》发表郑金的文章《活用机械能守恒条件和机械能守恒定律解题》；2017年9月《物理教学探讨》发表冉婷、余杰、兰小刚的文章《惯性参照系的选择与机械能守恒》；2017年12月《物理通报》发表刘明成、刘文芳、赵文桐的文章《对“重力机械能守恒定律在各惯性系都成立”的修正》；《考试周刊》2018年第19期发表马凯的文章《机械能守恒定律服从力学相对性原理思考》.

2019年5月《物理教师》发表赵坚的文章《关于与机械能守恒相关的一些问题的探讨》；2019年7月《百科知识》发表李姊擎的文章《伽利略变换和伽利略相对性原理》；2019年8月《物理教师》发表王志成、康旭红、王增发的文章《不同惯性参考系中系统机械能是否守恒的再讨论——兼谈机械能守恒定律满足伽利略相对性原理》，《物理教学探讨》同时发表这篇文章，题目改为《甄别一个例证真伪的逻辑过程》；2019年10月《物理教师》发表吴齐全的文章《思考一例系统机械能守恒的两个问题》.2019年全国高等学校物理基础教育课程研讨会收到周筑文的文章《国外与国内大学物理对于伽利略变换不同描述的思考》，根据美国伯克利力学教材的结论指明了能量守恒定律具有伽利略变换的不变性，这篇文章的摘要发表在《物理与工程》2019年增刊1中.2019年12月《贵州师范学院学报》第35卷12期发表了周筑文的文章《物理学对称美与物理核心素养的培养》.

2020年1月《大学物理》发表赵凯华的文章《澄清对相对论性原理和协变性的误解》，2020年4月《大学物理》更正文章的题目为《澄清对相对性原理和协变性的误解》，继续坚持原来的观点.2020年4月《中国科技纵横》第332期发表李学生的文章《正确理解弹性势能的概念》；2020年4月《物理教师》发表林辉庆的文章《机械能守恒定律服从力学相对性原理》；2020年5月《物理教师》发表杨习志、赵坚的文章《关于机械能守恒定律是否满足相对性原理的探讨》；2020年6月《百科论坛》（教育科研版）第6期05卷发表李学生的文章《声波方程满足伽利略变换下的形式不变性》；2020年8月《论证与研究》发表李学生的文章《匀速圆周运动中的机械能守恒问题》http://www.chinaqking.com/yc/2020/2549290.html，证明了光滑约束中约束力是保守力；2020年9月《魅力中国》发表李学生的文章《力的保守性具有伽利略变换的不变性》，证明了保守力经过伽利略变换后仍然是保守力，所有的惯性力都是保守力；《理论与创新》2020年第16期发表李学生的文章《角动量守恒定律满足力学相对性原理》，通过重新表述角动量守恒定律、动量守恒定律使其在所有参照系都成立.2020年11月《百科论坛》发表李学生、师教民的文章《对一道困扰力学界50多年习题的思考》，《中国高新科技》2020年11月（下）（2020年第22期，总第82期）发表李学生的文章《正确理解功的定义》.

2021年5月《物理教师》发表徐学、尹华的文章《不同惯性系机械能守恒相对性问题的再探讨》；2021年6月《物理》发表了高义华、鲁周超、李文川的文章《阿基米德原理与浮力赝势能——在重力势能章节引入浮力之本质解释》.2021年12月《力学与实践》第43卷第6期发表殷雅俊的文章《从空间到时间—张量的协变微分学及协变性思想的拓展》.2021年南京大学硕士研究生徐汝恩（导师戴建平）的毕业论文《相对性原理的内涵的演变》再次指明相对性原理就是协变性，否定了朱如曾和赵凯华的观点.

其实国外的学生和学者也有同样的纠结^[3]，直到今天这个问题依然没有定论.浩瀚的人类精神不断揭去大自然的层层面纱，使一块块神秘的异邦的领土不断地统一在人类精神的精华——真理的阳光之下.著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者劳厄曾经讲过：“物理学的任务是发现普遍的自然规律.因为这样的规律最简单的形式之一表现为某种量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向.”

【3.21世纪科学面临的危机】

仅依靠物理学的基础规定性来演绎物理学理论体系是物理学公理化的最终目标.这里的所谓的物理学的基础规定性大致可以分为两类——原理和定律——前者是先验性的原则，对物理学具有规范性作用，后者属于实证性的归纳，是物理观测的规律性表述，在逻辑意义上原理对定律具有规范和约束的作用，而在物理意义上定律可对原理进行检验和证伪，事实上所谓先验性的原则其实是对物理观测规律某种共性的提炼和归纳，在这个意义上原理是定律的定律.相对性原理和因果性原理便是典型的原理性命题，它们为物理逻辑体系的建立提供了基本规范，这种规范在体系的建立过程中又具体化为特定的要求，因果性原理便具体化为对因果时序的要求，相对性原理则具体化为要求洛伦兹变换惯性系间的相对速度. 朗道在他的《场论》写到：“所有自然规律在所有惯性系中都一样，换句话说，表达自然规律的方程式对于从一个惯性系到另一惯性系的左边、时间变换是不变的.这就是说，描述自然界某个定律的方程式，若用不同惯性参照系的的坐标和时间来表述，具有一样的形式.”

从16世纪末，伽利略·伽利雷（GalileodeGalilei）奠定了实验科学，从1642年，艾萨克·牛顿（IsaacNewton）奠定了经典力学，开创了人类的科学研究之先河，人类的现代意义的科学研究历史也有400多年了.

这400多年间，上述遏制重大创新科研的案例是非常多的.但是人类已经进入了21世纪，人类正在面临联合国说的三重危机（Tripleplanetarycrisis）：气候变化、环境污染、生物多样性丧失危机，以及贫困、疾病等多方面的挑战，特别需要我们现在有重大原始创新，才能应对像气候变化这样的危机.国际能源署（IEA）的评估表明，目前人类的技术水平还不足以支撑实现《巴黎协定》目标确定的控制1.5^°C度或者2^°C温升目标，因此也特别需要科学界、技术界的原始创新来为人类找到走出困境的途径.然而，科学界一直存在这样的因循守旧、遏制创新的文化与制度，如果不改变，人类怎能应对21世纪面对的重重挑战？难道我们还需要下一场危机？像新冠疫情这样的下一场危机？我们才能证明一个新的诺贝尔奖级的成果吗？如果像微软公司创始人比尔·盖茨（BillGates）预言的，人类每20年就会发生一场大流行病.而恰恰下一次大流行病发生时，我们不再幸运的有人像卡里科这样为新疫苗研发奠定了科学基础的成果，人类能够应对的了下一次大的流行病危机吗？

科学：分科而学；它指发现、积累并公认的普遍真理或普遍定理的运用，已系统化和公式化了的知识体系，人们希望它能正确反映自然、社会、思维的客观规律.科学的范式：建立自洽的公理体系，进行逻辑、数学的、模拟的推导，得出结论，试验、自然现象的佐证.物理理论的建构方法：主要有两种“模型法”和“公理法”.具体的理论建构中通常两者会并用，或以一种为主.相对论是以“公理法”为主.量子力学是“公理法”和“模型法”并用.模型构造法，首先对研究涉及的对象建立具体的物理模型，然后对模型中的物理量，根据实验建立定律，由定律组（方程组）形成理论体系.如牛顿力学中的质点力学、刚体力学、流体力学等，质点、刚体、流体都是模型.公理构造法，爱因斯坦又称为“原理理论”，是类比欧几里得几何理论的建构方法.这种方法首先建立几条公理，然后运用逻辑推理的方法，建构起整个理论体系，相对论就是这样建立起来的.经典理论大多数都是以模型法为主建构的，现代理论有以公理法为主建构理论的趋势.这两种物理理论的建构方法的特点是：模型法比较直观，易于理解；公理法理论深刻，并具有数学美.实践证明这两种方法都是成功的方法，各有优缺点，有时可以相互补充.

图1公理体系的科学范式

思维与惊奇始于观察.观察中主要以形象思维为主，但观察结果的归纳又要经历抽象思维过程.开普勒定律的建立就是形象思维与抽象思维和数学相结合的产物.开普勒为了完成构建理论宇宙学的目标需要第谷的天文数据，而第谷为了把自己的数据组织成有用的形式，需要开普勒的数学天分，他们走到一起才描绘了一幅较为科学的宇宙学图像.从开普勒定律的发现，我们认识到观察是科学进程的一种开端，但观察所得的事实并不等于对大自然的真正了解，基于观察产生的形象思维和抽象思维才会导致定律或理论的建立.这些定律和理论又引发新的观察和思考，人类就是这样行进在科学的大道上.

参考文献：

[1] Galileo著,<<关于两种世界体系的对话>>,1632年.

[2]Rankine WJM. On the general law of the transformation of energy [J]. Philosophical Magazine Series 4.1853, 5 (30): 106-117.

[3]Santos FC, Soares V and Tort AC.  A note on the conservation of mechanical energy and the Galilean principle of relativity[J]. European Journal of Physics. 2010,31(4):827-834.