13.惯性概念的发展.docx

惯性概念的发展

从科学的结果看，作为科学活动结果的理论和公式也有美学价值.科学构想的美学像艺术作品的美学一样，是丰富多彩的.我们认为某些伟大的综合，如牛顿的综合之所以漂亮，是由于其经典的简单性，而在波动方程的相对论性扩展中，或者在对脱氧核糖核酸结构的解释中，由于出乎意料的联系，我们则看到另一类的美.因此，“无论从活动的过程或者从结果看，科学都有其美学内容.”当然，对美和审美在科学中的存在和作用，我们也不可反客为主，人为地估价过高.毕竟，美不是科学追求的最终目的，而是这种追求的伴随物.审美只是科学方法论之一的臻美方法，而不是科学家工作的全部.库恩对此有清醒的见解：考虑对称性以及符号表示的简单性和精巧性，考虑数学美学的其他各种形式，这在艺术和科学中都很重要.不过在艺术中，美学本身就是创作的目的；而在科学中，它顶多也只是一个工具，亦即当几种理论在其他方面旗鼓相当时进行选择的标准，或者只是一种能启发想像以设法解决麻烦的技术疑点的指南.只有当它解开了疑点，只有当科学家的美学终于与大自然的美学相一致时，美学才在科学发展中发生良好作用.在科学中，美学很少是目的本身，而且从来不是首要的.

1.电磁质量的惯性

麦克斯韦电磁场理论建立和被赫兹光波实验证实之后，人们认识到电磁作用是通过场实现的，电磁场的实在性在认识上开始形成，场中不仅贮存有能量，能量的传送也是通过场来传输的，即存在能流：能流与场的动量联系在一起.人们研究电子的运动，运动电子周围存在变化的电场，变化的电场又产生磁场，两者的共存又导致存在能流和动量，它们同电子的速度平行.因此这一附加的动量意味着电子存在附加的惯性质量.有一时期，甚至有人猜测可能电子的全部质量来源于电磁场.这里第一次遇到电磁能量的惯性，提示了惯性与能量的联系.电磁质量的惯性表现为三个方面：静电场中静电感应阻碍电通量的增加，电场中的电阻阻碍电流的增加，场中的电磁感应阻碍磁通量的增加.电磁质量的惯性是保持电磁质量的不变.楞次定律也是电磁质量惯性的一种表现形式.电磁质量之间既有电磁力也有强相互作用，从而保证电荷不可能完全中和消失，电荷也不可能分崩离析.

2.引力质量的惯性

最初人们只是看到一些物体运动的表面现象.根据古代权威的感性经验，人们曾以认为静止与运动是“自然状态”，譬如古人发现许多星体都保持着一定的运动状态，既不加快、也不减慢，找不到维持它们运动的明显的外来作用.于是权威人士认为“是静止或是运动都是上帝规定的”，没有物体惯性的概念.

“只有人们的社会实践才是人们对于外界认识的真理性的标准”.即使对于物体最简单的机械运动，人们也是通过长期的生产活动和科学实验才逐步认识的.回顾科学史，约四百年前，从伽利略等人开始才摒弃了古代权威观念.伽利略抓住了水平地面上抛出的物体能够在水平面上滑行一段距离这一现象进行深入的探索.伽利略发现木块在水平面上滑行的距离与木块及水平面的光滑程度大有关系.实验发现，如果木块在水平地面上抛出的初速度相同，则较光滑的木块在较光滑的水平面上滑行距离比粗糙木块在粗糙水平地面上滑行距离大.如果再继续用更光滑的木块、水平地面来作多次实验，发现愈光滑则滑行的距离就愈大，木块速度的减少就愈慢.这样伽利略就得出结论：如果木块与水平面非常光滑，在极限的情况下，木块就在水平地面上沿直线以恒定的速度运动，直到受其它物体对它的作用才能改变速度.

这个结论对一切运动的物体都是成立的.一辆行驶的汽车在关闭发动机后还能向前滑行一段距离，路面愈光滑向前冲的距离就愈大.在冰地上行驶的汽车就很不容易刹住车.大量事实的分析中，人们认识到，外界对物体的作用不是维护物体运动速度不变的原因，而是使物体运动速度发生变化的原因.若是物体不受到其他物体的作用的话，静止的物体将永远保持其静止状态，运动着的物体将永远保持它的运动速度不变.亦就是说，物体具有保持自己运动状态(指运动速度)不变的特性，这个特性叫做物体的惯性.

惯性正表明了物质运动的不灭性是物体固有的属性.与此同时，当我们观察转盘运动时将会发现，从转盘掉下来的物体，它作切线运动而不是仍作圆周运动.让绳索上的小球作圆周运动，当绳索断开时，小球作切线运动而不是仍作圆周运动，这说明什么呢？正说明惯性不仅是物体固有的属性，而且也反映空间的固有属性.欧几里得空间表明这种空间不是圆形，而是各向同性的直线型.不难发现，惯性在各个方向上是相同的，不会出现左边惯性不等于右边惯性之情形.也就是说，惯性的各向同性反映了我们这个宇宙里的空间是各向同性的.

引力质量之间既有万有引力，也有弱相互作用，从而保证了物体尽量保持原来的状态.引力质量的洛伦兹变换是牛顿第一定律的发展，也是惯性的一种表现形式.黑洞既不可能出现，宇宙也不可能分崩离析.物体平动有惯性，转动有转动惯性.这样我们对于惯性的认识就更加深刻了.

3.惯性维护平衡与作用造成变化的辩证关系

莱布尼兹说过：“为什么某个事物存在而不是不存在，这在大自然中有个原因.”时效波先生在二十世纪末期论述“生命的产生”时，提出了惯性维护平衡与作用造成变化的辩证关系：“物质是运动的，运动的物质有保持其原有平衡状态（干扰前状态）的属性，即惯性.这里提到的惯性是广义质能意义上的概念，不仅指宏观物体，构成宏观物体、维系着微观结构形态运动着的分子、原子、电子同样具有惯性.物质是运动的，运动的物质之间是相互联系、相互作用的.物质在相互作用的过程中，会发生物质和能量的运动转化，原有的平衡状态（宏观的运动状态、微观的结构形态）就会被改变或打破，形成具有新的运动状态和结构形态的物质.运动的物质有保持原有平衡状态的属性，而运动物质间的相互作用又时刻破坏着平衡，惯性维护平衡与作用造成变化成了物质最基本属性的矛盾统一体.无机物在物质间的相互作用中，只能被动地接受宏观的、微观的冲击和破坏，改变其原有的运动状态和结构形态.如被海水冲刷和风吹日晒的礁石会移动位置和逐渐破碎.原始生命则能为维护自身的平衡状态作出反应，主动地吸收利用物质能量（新陈代谢）来维护有机体的结构形态不受破坏，以维持其原有性能，获得生存.事实上，由碳水化合物构成的蛋白质分子就已经能有选择地从外界吸收营养物并排出分解物，不断与环境中的某些物质进行代谢.”