“作用力”與“重力(萬有引力)”之間的根本區(qū)別是什么?

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  凡是接受過正規(guī)中等以上教育的人都學(xué)過牛頓的三大運動定律和萬有引力定律。前者所涉及到的力是“作用力”,后者所涉及到的力是“重力”,或叫做“萬有引力”。

  雖然從本質(zhì)上講,力就是兩個物體之間的相互作用,但是,從力與加速度之間的因果關(guān)系上講,作用力與重力之間存在著根本的區(qū)別。所以,它們是性質(zhì)完全不同的力。

  我們知道,不管是什么形式的力,只要是力就一定與加速度有關(guān)。兩個同時處于靜止的物體之間不可能產(chǎn)生出力來。兩個以相同速度運動的物體即使緊靠在一起它們之間也不可能產(chǎn)生出力來。只有在兩個物體之間存在相對加速度的前提下,它們之間才有可能產(chǎn)生相互作用,才會產(chǎn)生出力來。

  眾所周知,牛頓的“萬有引力定律”是一個獨立于三大運動定律之外的定律。這個現(xiàn)象不是沒有其原因的。原因就是作用力與萬有引力存在著不可調(diào)和的根本區(qū)別。那么這個區(qū)別是什么呢?它就是力與加速度因果關(guān)系上的根本區(qū)別。

  作用力與加速度之間的因果關(guān)系說到底就是:力是產(chǎn)生加速度的原因。這就是為什么在物理學(xué)中“力”被定義為:力是改變物體運動狀態(tài)的原因。當(dāng)然,目前在物理學(xué)的這個定義中并沒有明示出作用力與重力之間的不同。但嚴格來說,這個定義指的僅僅是“作用力”而不是“重力”。這是物理學(xué)尚存的一個發(fā)展空間。這么說的原因是因為“重力”實際上并不是改變物體運動狀態(tài)的原因,而是由物體運動狀態(tài)的改變所造成的結(jié)果。也就是說,在萬有引力現(xiàn)象中,所謂的“萬有引力”并不是產(chǎn)生引力加速度的原因。相反,“萬有引力”實際上是由引力加速度所產(chǎn)生出來的結(jié)果。雖然關(guān)于引力與引力加速度的這個因果關(guān)系目前還沒有被寫入教科書里,但這只是一個早晚的問題,因為這個事實是不可否定的。

  如果對作用力現(xiàn)象與重力現(xiàn)象的不同進行比較的話,我們可以發(fā)現(xiàn):1)作用力與距離無關(guān),重力與距離相關(guān)。2)作用力與面積大小無關(guān),重力的大小與距離平方成反比。3)作用力的來源很容易找出來,重力的來源不容易找出來。4)理論上作用力可以任意改變物體運動的加速度。任何外力都無法改變引力加速度。

  正是由于上述這些不同,因此牛頓的萬有引力定律是根本就不可能與三大運動定律相提并論的。其實,上述這些不同的原因都是來自作用力與重力的根本區(qū)別。而這個根本區(qū)別就是“力與加速度之間因果關(guān)系完全相反”。

  因為作用力是改變物體運動狀態(tài)的原因,因此,作用力是產(chǎn)生加速度的原因,所以,在作用力現(xiàn)象中,物體之間的相互作用是直接的。加速度是在相互作用的過程中產(chǎn)生出來的。這就不難理解,作用力與距離無關(guān),與相互作用的面積大小無關(guān),作用力的來源很容易找到,只要改變作用力的大小就可以相應(yīng)改變物體的加速度。例如,用火車頭拉動一列車廂。作用在車廂上的力就來自火車頭的拉力。火車頭的拉力與車廂之間的距離無關(guān),也與火車頭和車廂之間的連掛裝置的粗細無關(guān)。火車頭作用在車廂上的拉力越大加速度就越大。

  另一方面,因為引力是由引力加速度產(chǎn)生出來的結(jié)果,因此,引力加速度是產(chǎn)生引力的原因。所以,在引力現(xiàn)象中,物體之間的相互作用是間接的,是通過引力加速度實現(xiàn)的。也就是說,引力加速度永遠都是在引力出現(xiàn)之前就已經(jīng)決定好了的。正因引力出現(xiàn)在引力加速度之后,才會存在“無論引力多大都不會影響到引力加速度大小的現(xiàn)象”。并且,因為引力是引力加速度的結(jié)果,所以用尋找作用力來源的方法是很難找到引力來源的。

  目前,因為物理學(xué)家還沒有正確認識到引力與引力加速度之間的真實因果關(guān)系,所以,還是把“萬有引力”作為一種“作用力”看待。因此,把地球表面存在的引力現(xiàn)象想象成是地心發(fā)出的引力線造成的。其實這種想法是完全錯誤的。前面已經(jīng)說過,如果引力也是作用力的話,它就不可能與距離有關(guān),也不可能與力線的多少(面積)有關(guān)。試想,單純把火車頭與車廂之間的連接裝置加粗的話就能增加火車頭對車廂的拉力嗎?當(dāng)然不能。所以,引力根本就不是作用力。

  在引力現(xiàn)象中引力的大小之所以與距離平方成反比,其原因并不是來自相互作用,而是來自加速度。是因為引力加速度的大小與距離平方成反比,再加上引力是從引力加速度中產(chǎn)生出來的結(jié)果,這樣,在最后的引力結(jié)果中就出現(xiàn)了與距離平方成反比的現(xiàn)象。

  那么為什么引力加速度會與距離平方成反比呢?這是因為引力加速度是一個“場現(xiàn)象”,是由場的特性決定的。而所有物理場的標(biāo)準形狀都是圓球形的。圓球形是由無數(shù)層球面構(gòu)成的。每個球面的大小都可以用數(shù)學(xué)公式A=4πr2來表示。產(chǎn)生引力加速度的場是構(gòu)成物質(zhì)基本屬性的場,筆者稱之為“質(zhì)量場”。凡是有質(zhì)量的獨立體都具備這樣的質(zhì)量場。質(zhì)量場的密度分布形式可以用數(shù)學(xué)公式表示為:D=M/4πr2。因為引力加速度與質(zhì)量場密度D成正比,而質(zhì)量場密度與質(zhì)量M成正比,與距離r的平方成反比。所以,引力加速度也就理所當(dāng)然與距離平方成反比了。所以說,實際上引力加速度與距離平方成反比所反映出來的物理意義就是引力加速度與球形面積成反比。而這個球形面積就是質(zhì)量場的球面面積。因為這個場是物質(zhì)的基本屬性場,因此,引力加速度的最終來源是物質(zhì)的基本屬性。

  從上述分析可以看出,作用力與重力之間在力與加速度的因果關(guān)系上是完全相反的。這種不同決定了這兩種力產(chǎn)生出來的現(xiàn)象不同。認清這個根本的不同對我們理解作用力現(xiàn)象和引力現(xiàn)象具有決定性的現(xiàn)實意義。

  時至今日,絕大多數(shù)人還都對牛頓的萬有引力理論堅信不疑。其原因就是牛頓的萬有引力理論太有道理了。然而,這種現(xiàn)象與物理學(xué)歷史上出現(xiàn)的托勒密宇宙地心說非常相似。當(dāng)年人們也認為地心說太有道理了。后來在真相大白之后才知道,原來地心說把地球與太陽的主次關(guān)系給搞顛倒了。事實上在萬有引力與引力加速度的因果關(guān)系上也是如此,物理學(xué)界把這個因果關(guān)系也給弄顛倒了。

  地心說和日心說不單純是科學(xué)問題,它還是一個世界觀的問題。這兩個世界觀是對立的。用地心說的世界觀去認識世界和用日心說的世界觀去認識世界得到的結(jié)果和結(jié)論都是不同的。同樣道理,在萬有引力現(xiàn)象中,把引力看做是引力加速度的原因和看做是引力加速度的結(jié)果所形成的也是兩個相互對立的世界觀。根據(jù)這兩個不同的世界觀去認識萬有引力現(xiàn)象得到的結(jié)果和結(jié)論也是不同的。

  這就不難看出,討論“作用力與重力之間的根本區(qū)別”不單純具有重要的科學(xué)意義,而且還具有改變世界觀的重大意義。這絕對不是一個小問題。只有在正確世界觀的指導(dǎo)下,人們才能正確認識自然世界。否則就會南轅北轍。筆者相信,只要物理學(xué)家們用正確的引力與引力加速度因果關(guān)系去認識萬有引力現(xiàn)象,就一定可以徹底揭開萬有引力之謎。

  作者:馬海飛


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