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宇宙法则入门版(2.1):经典物理学中的时空概念
日期:2017-7-10 9:53:59 访问次数: 作者: 宇宙法则

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第二章

传统物理学错误的时空概念

及宇宙法则新公理体系对其的修正


2.1经典物理学中的时空概念


与数学一样,物理学也未能在知识层面定义时空的基本概念。从那以后,这一主要缺陷在物理学发展过程所出现的思想理论中延续下来。物理学以几何学作为时空的定义方法,从经典力学的欧几里得空间出发 。


若要使用这个抽象的几何空间代替真实的时空,则需要引入牛顿的两个关于时间和空间的先验假设,而这些假设至今未曾受到严肃的挑战。否则,我们不会见证经典力学和相对论并行存在的情况。如果爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的全面修正,那么后者应将不复存在。

新公理系统中,我们将所有特定的物理学科,整合到一个统一的物理学和数学公理系统中,从而消除了它们作为分离的科学知识领域的现状。

毫无疑问,我们如果不确定空间和时间的基本概念,就不可能发展任何关于物质世界的科学概念。牛顿关于空间和时间的基本见解在他 的“数学原理”中有记载 :

“绝对空间就其自身特性而言与一切外在的事物无关,处处类似,永不移动。相对空间是这个绝对空间的度量或者任意可动的维度,它由我们的感觉通过它自身相对于物体的位置而确定,且被常人用来代替不动的空间:

因此绝对的位置和运动被我们用相对的位置和运动所代替;这在人间的日常事物中不无便利:但在哲学中应从感觉抽取它们。因为可能没有真正静止的物体可以作为其它位置和运动的参照物。”

“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在均匀地、与任何其它外界事物无关的流逝着,或者可称为阶段:相对的、表观的和通常的时间是理性和外在(无论是准确的还是不等的)对阶段的测量,它通常是通过运动来计算的,而不是我们通常用的诸如小时、月、年等这种真正的时间...所有的运动可以被加速或迟滞,但绝对时间的真实性或同进性是不可能被改变的。”

摘自:I. 牛顿,《自然哲学的数学原理》。由A. Motter 从拉丁文翻译成英语,伦敦,1729.

因此,欧几里得空间是“绝对空间”抽象的参考替代品,所有其他的物理运动根据循环论证原则,运用几何方法与其相对照。它是所有参照系的基本惯性参照系,其中牛顿的惯性定律(第一定律)为真。这个定律是几何学中的一个抽象的赘述,不能应用于任何实际的参照系统——例如引力系统,因为它总是处于旋转之中(开普勒定律)并呈现出向心加速度。

其原因是欧几里德空间与真实时空无关,以这个人造空间为基础的经典力学,并不包含时空特性的知识,正如在宇宙法则的新公理系统开始时所定义的时空特性那样。

根据牛顿的观点,时空是“绝对的,空无的,惯性的”,也就是说没有力,并可以用直线来表示。这些特性总结在他的惯性定律之中,假定在没有任何外力情况下,所有物体都不动(静止)或有着一致速度(a=0)的匀速直线运动(位移)。在这个几何空间中,“绝对时间不可能被改变”: f = 1 / t = 常数 = 1 

新公理系统中我已经证明,只有我们以先验的方式在数学中捕捉时间之后,才能建立几何空间。然而,惯性定律牛顿的第二、第三定律,以及描述引力作为加速度的起源的万有引力定律形成了鲜明对比。虽然第一定律是个数学虚构作品,但经典力学的其他定律却评估了现实:在真正的时空(宇宙)中引力或其他力的作用无处不在——例如,我们总是观察天体的旋转(开普勒定律)。因为任何旋转都具有a > 0的加速度,惯性定律不适用于时空中唯一的运动:旋转。

经典力学的这个悖论证明了马克斯·玻恩(Max Born)关于牛顿根本性失败的评价:

“在这里我们清楚地看到,一个未经分析的意识的概念被应用,而并未反映客观世界。”1 

马克斯·玻恩(Max Born)

德国物理学家和数学家,1954年诺贝尔奖得主

从那以后,这句评论具有普适性可以断言所有物理学家的思维倾向

问题是为什么物理学坚持惯性定律,即使它是一个明显错误而抽象的概念(idio),且没有任何物理的相关性。例如为什么爱因斯坦在他的相对论中没有废除惯性定律?马克斯·玻恩再次为这种“默许”作出解释:

“在牛顿的观点中,加速系统中惯性力的发生证明了绝对空间的存在,或更确切地说,惯性系统具有的特权地位。惯性力以离心力的形式在参考旋转系统中犹为明显。正是这点支持了牛顿的绝对空间学说。”2

惯性定律背后的基本模式是相当简单的:如果一个旋转体在空间中不受外力影响下运动,它将永远保持直线(矢量)的均匀切线速度。这个称为“惯性”的物理性质 被认为是物质固有的先验能力。

这个观点立即引发了另一个主要的反对意见:

“惯性(或持续)定律决不像它的简单表述那样容易推测。根据我们的经验,我们并不知道真正从所有外部影响中抽身的物体:如果我们运用想象力来描绘,它们如何以恒定的速度在太空中以孤立的直线轨迹行进,那么我们就会立即遇到‘绝对静止的太空中的绝对直线轨迹’的问题......”3

让我们回顾一下,平行直线的存在尚未在几何学中得到证实,

(参见欧几里得的平行假设)。由于时空是闭合的,它的所有子集都表现出这种属性并进行旋转,这些旋转可以用闭合的几何图形来描述,例如圆周(闭合[ 1d-空间 ])或球面(闭合[ 2d-空间 ])。这是新公理系统的基本原则,利用它特别是量子力学首次可以与经典力学相结合。

此外,任何旋转都是一个时空系统,可以用力、加速度(电场)或任何其他抽象的时空量=能量来评估 。这是新公理系统的另一个基本陈述 ,我已经在目前物理学所描述的所有时空能级中证明其真实性。

这一事实也反映在洛巴切夫斯基几何(Lobachevsky’s geometry)(也被称为双曲集合非欧几何)之中,它使得欧几里得空间被降为局部几何方案。

通过对经典力学时空观的分析 ,我们可以得出结论:

1. 牛顿采用欧几里得空间作为真实时空,是经典力学的主要认识论缺陷。这个几何空间的特性是:

a)空无(没有力,没有加速度);

b)均匀性;

c)存在直线轨迹(直线)

d)空间和时间的绝对性——空间和时间量级的不变性(不动或位移)。

2. 欧几里德空间的这些特性体现在惯性定律中 ,这是一种错误的抽象概念,没有任何真实的物理关联。惯性定律与评估真实的力、加速度和旋转的其他力学定律形成基本矛盾。

3. 尽管经典力学中的空间和时间的绝对性被相对论所拒斥 (参见下面的文章),时空的均匀性被相对论默许,却被量子力学所驳斥 。

4. 然而,这些学科没有试图在知识层面上定义时空的基本术语的特性。因此,经典力学仍然作为一门独立的学科存在,尽管物理学中的基本矛盾以变相形式出现在初值问题(经典力学的确定性方法)与量子力学的海森堡不确定性原理(时空的超越性直觉概念;见第二卷,第7.3章,第315页)之间的对立。

在接下来的文章中,将继续论证这一论点,讨论传统物理学的时空观中的进一步错误和矛盾。



注释:

1.《爱因斯坦相对论》,M·伯恩,纽约多佛出版社,1965年,第55-58页

2. M·伯恩,第78页

3. M·伯恩,第29-30页









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