牛顿力学中对重子物质在认识上的简化与抽象

           （《物理学上的时空与物质》8）

物理学上关于时空与物质的基本概念和基本规律

第一章  牛顿力学关于时空的基本概念和基本规律 

§1.1  牛顿对时间与空间的观点

§1.2  参照系与坐标系

第二章  牛顿力学关于物质的基本概念和基本规律

§2.1  物理学中的物质 

§2.2  牛顿力学中的物质 

     2.2.1   牛顿力学中对重子物质在认识上的简化与抽象

       本书只在讨论宇宙学时，将简约地介绍作者对暗物质和暗能量的见解；本书的其他部分主要是讨论重子物质。按照所研究物体的运动和其所受万有引力情况，物理学往往把重子物质（以后常简称为物质）分为三个范围：1、低速、弱引力范围，2、高速、弱引力范围，3、高速和低速、强引力范围。在这三个范围的每一范围中，重子物质的特性仍很复杂；为了便于研究，都必须对物质在认识上作一些简化与抽象。在对物质作一些简化与抽象之后，才能建立理论；例如，对低速、弱引力范围的物质，建立了牛顿力学理论，对高速、弱引力范围的物质，建立了狭义相对论理论，对高速和低速、强引力范围的物质建立了广义相对论理论。本章介绍在低速、弱引力范围如何对物质作一些简化与抽象，以及介绍如何建立牛顿力学理论；在高速、弱引力范围内和在高速或低速、强引力范围内如何对物质作一些简化与抽象，以及如何建立狭义相对论理论和广义相对论理论，留在后面有关的章节中介绍。

     为了建立了牛顿力学理论，对重子物质在认识上所作的简化或抽象有：

1、常把一个体积和线度有限的物体简化和抽象为一个质点。所谓质点就是其体

积和线度均可忽略不计的物体。在所考虑的问题中，只要物体的线度比起其它长度小得很多以致可以忽略不计时，该物体就可抽象为一个质点。例如在地球绕日运动中，地球的半径比起日地距离来，小得很多以致可以忽略不计，故可把地球视为质点。

2、重子轻子物质都是由基本粒子构成的，本来是不连续的；但在牛顿力学理论中，往往把一个物体简化和抽象为连续的。并根据各种情况，可进一步把这个连续的物体简化和抽象为：质点、固体（体积和形状保持不变）、液体（体积不变形状可变）、气体（体积和形状都可变）。另一方面，固体、液体、气体也都可看成是一群质点，或称质点系。

3、为了简化研究，常可忽略物质的内部结构。即不去考虑质子、中子形成原子核，再与电子形成原子，原子又结合为分子等等。物质的内部结构将反映在内能上，内能又将反映在质量上。

4、既忽略了物质的内部结构，就可不考虑物质的内部的相互作用。近代物理的研究告诉我们，物质内部存在电磁、弱、强相互作用。弱、强相互作用存在于原子核内，在牛顿力学中可以不考虑。电磁相互作用既存在于物质内部，也可部分出现在物质外部。出现在物质外部的电磁相互作用可分为两种情况：其一为宏观带电体、荷磁体所引起的电磁现象，物理学常把这部分电磁现象归并在电磁学中，不属于牛顿力学所研究的范围；其二为两个物体的接触面之间或一个物体的两相邻层面之间所出现的分子间的电磁相互作用，可表现为摩擦力、粘滞力、压力、张力、弹性力等等，在牛顿力学中只考虑这些力的宏观表现，不去追究这些力的微观根源。

5、万有引力相互作用既是物质内部的微观作用，也总是表现为两个宏观物体的相互作用。牛顿力学理论假定任何两个质点之间遵守万有引力定律。以后本书将说明，牛顿万有引力定律只是个近似规律。

  2.2.2  牛顿力学中描述物质质点特性的一些主要物理量

       要建立牛顿力学理论需要一些用以描述物质质点特性的物理量，牛顿力学规律是借助于这些物理量建立起来的。先建立质点的运动规律，再在质点的运动规律的基础上建立非质点物质的运动规律。下面是一些主要的物理量：

1、描述质点所处空间位置和时刻的物理量。牛顿力学认为时间和空间是绝对分离的，空间3维，时间1维，空间位置用坐标（x,y,z）来表示，所处时刻用瞬时t来表示。牛顿力学假定空间是均匀和各向同性的，时间是均匀流逝的。

2、描述质点运动学的物理量有速度、加速度。

3、描述质点惯性的物理量是惯性质量m。

4、描述质点所受作用的物理量是力F。

5、描述质点动力学的物理量有动量、能量（包括动能和势能）。

6、描述质点运动状态的物理量，如能量、拉氏函数。

后面将详细介绍这些物理量以及由它们所建立的力学规律。