力学的基本概念(Ⅱ) 质量和物质的量

一、关于惯性质量 牛顿正式将质量概念引进物理学.在他的名著《自然哲学的数学原理》里,开宗明义的第一条定义就是:“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的.”接着,在对这一定义的阐释里,他又说:“我在以后不论何处称之为‘物体’或‘质量’的,就是指这个量而言.”[1] 由此可见,牛顿并没有将质量定义为物质的量,而只是将物质的量也叫做物体或质量.在《原理》一书中,牛顿确实把这三个名词当做同义词使用.牛顿多次说过物质的量同物体所受引力成正比,也说过物质的量同物体的惯性成正比,但这些都不是他所下的定义.如上所述,牛顿将质量即物质…     

广义相对论的实验验证

 自1687年《自然哲学的数学原理》问世以来,牛顿力学取得了很大的成功与发展。很少有理论能和万有引力定律的预言的准确性相比拟。但即使如此,牛顿的理论也不是十分完善的。一个例子是水星的近日点的进动。水星轨道长轴的方向在空间不是固定的,在一世纪内会转动5601秒弧度。用牛顿理论计算出所有行星对它的影响后,还差43秒弧度与观测不符,另外,牛顿引力理论有一个很严重的缺陷,就是它认为引力的传播不需要时间。例如,如果太阳表面某处突然爆发日珥(喷出明亮的气团),按牛顿理论,其引力变化在地球上即时即可发现,这一点直接违反了狭义相对论.     

质量定义为“物质的量”是有确定意义的

质量是物理学的一个基本量,也是物质的一个根本属性.很显然,讨论质量问题不能仅就物理学而言,必须结合哲学来考察. 一、质量定义为“物质的量” 是有确定意义的 牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的第一条定义是:“物质的量是用密度和体积一起来量度的.”并加注释说:“空气的密度加倍,体积加倍,它的量就增加四倍;体积加三倍,它的量就增加六倍.”[1]既然密度和体积的乘积等于质量,因此,这个定义实际是说,“物质的量”是用质量来量度的.在牛顿力学体系中,质量是一个最基本的概念. 毫无疑问,牛顿是用形而上学的观点来理解“物质的量”的.他认…     

量子物理学难懂吗?──介绍《伯克利物理学教程》第四卷:《量子物理学》

量子物理学是二十世纪初发展起来的新学科,它主要研究的是微观粒子的运动.由于它提出了一些新概念,与我们大家比较熟悉的经典物理概念相差很大,有很多论点被认为难以理解,因而成为初学者的困难.真是这么难吗? “我不相信学习量子物理学比学习物理学其它部分在实质上会更困难”,一位美国教授E.H.威切曼这么说.他编写了一本教科书《量子物理学──伯克利物理学教程第四卷》,现已由复旦大学物理系译成中文出版. 威切曼在序言中指出,过去许多人认为量子物理学“神秘”的原因有两个:一是“经典观点的成见”;一是“实验图象不完整”.他认为,今天…     

质量浅议

在物理学中,质量是整个牛顿力学的基础,是一个很重要的物理量．牛顿的名著《自然哲学的数学原理》,开宗明义的第一条就是“物质的量是用它的密度和体积一起量度的”,接着,在对这定义的阐释里又说：“我在以后不论何时称之为‘物体’或‘质量’的,就是指这个量而言”...     

质量的多样性及有关的一些问题

一、质量的多样性1.惯性质量和引力质量 “质量”这一概念是1687年牛顿在他的名著《自然哲学的数学原理》一书中明确提出来的.牛顿写道:“物质之量,以其密度及体积联合度之”、“此项物质之量,以后我们将以物体或质量名之”.按照牛顿的看法,物质的量或质量是绝对不可入的原子所带有的,某一物体的体积内容纳的原子愈多,物质的量就愈大;原子在物体中徘列愈密,原子就愈多,物体就含有更多的物质的量.仙还认为构成物质的原子具有不可入性、惯性、引力等不变的基本属性.其中惯性概念是由牛顿第一定律引入的,惯性的大小则通过牛顿第二定律表现出来.…     

光速不变原理可以抛弃吗?

秦元勋同志在他的文章《等速条件下的空时对称理论》(以后简称《对称原理》,见《物理》四卷一期)中认为他已抛弃了光速不变假设.这里我也就此谈谈自己一些肤浅看法,与秦元勋同志商榷. 一、光速不变原理引入的必要性 毛主席说:“科学研究的区分,就是根据科学对象所具有的特殊的矛盾性,因此,对于某一现象的领域所特有的某一种矛盾的研究,就构成某一门科学的对象.”那么相对论为什么能冲破牛顿力学的束缚而成为物理学中富有革命性的独立的一支呢?我认为正是在于物质运动的相对速度v和用以观测物质运动的光讯号(包括各种场的作用)的传递速度c这…     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

质量的概念

在相对论的现代语言中只有一个质量,即牛顿质量m,它不随速度改变,因此对著名公式E=mc2不得不作很大保留. 质量是物理学中最基本的概念之一.了解和计算基本粒子的质量是近代物理学的中心问题,它与其它基本问题紧密相联,例如CP破坏的起源,决定弱相互作用和引力相互作用特性之能量尺度的奥秘,粒子的组成,超对称理论以及尚未发现的Higgs玻色子的特性等等. 现在先不讨论所有这些微妙而深刻的联系,我感到有必要向大家提出一个基本问题来讨论,这就是质量和能量之间的联系问题.如果有读者认为,向高中生提出这个题目也许比向物理学家提更为恰当,我…     

物理学的第二次量子革命

1基本粒子的起源与纠缠的量子比特《赛先生》:在您看来,当代物理学最伟大的未决问题有哪些?文小刚:就物理学的基础问题而言,人类一直追求万物起源这一问题,希望了解万物是从哪儿来的,基本规律是什么。直到今天,这还是物理学的最大梦想。但有人会说,这个问题不是已经解决了吗?我们有基本粒子的"标准模型",有牛顿的万有引力理论,还有爱因斯坦的广义相对论,这些已经把我们的世界解释得清清楚楚,很让人满意了。但实际上不是这样的。在标准模型提出40年后的今天,没有一个物理学家认为标准模型是基本理论,大家都认为它只是一个近似的     

纯相对的运动观必须批判──试评相对性原理

一、从牛顿的纯绝对运动观到 爱因斯坦的纯相对运动观 在经典力学中,牛顿把物体的运动机械地割裂为“绝对的和相对的,真正的和表现的,数学的和通常的”.在他看来,相对运动“不过是整体的和绝对的运动的一部分”,“是真正运动之差”.他认为自己的“水桶实验”找到了“直接与相对运动相反的水的真正绝对的旋转运动”。当物理学的发展深入到电磁现象的新领域时,光的传播定律就与体现这种形而上学的纯绝对运动观的经典相对性原理发生了严重的抵触. 爱因斯坦抓住电磁观象对于惯性运动也具有相对性的事实,把经典相对性原理推广为狭义相对性原理.他…     

也谈物理模型

建立一定的物理模型,对于物理学理论的发展起到过并且仍将起着重要的作用,这是毋庸置疑的.在物理学的历史上,可以找到很多这种例子.关于这一方面,已经有一些文章做了很好的阐述,我们就不再赘述了。 然而,人们常常被许多物理模型的功绩遮住了视线,而忽略了问题的另一个方面,即在物理学理论发生重大突破的关键时刻,一些崭新的概念或原理,往往是挣脱原有种种模型的束缚且不依赖于任何具体模型而诞生出来的。 例如,牛顿于1686年在《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)一书中发表了他的万有引力理论.他在开普勒等人研究的基础上,进一步将各…     

关于牛顿运动基本三定律的发现过程和年代问题

关于牛顿运动基本三定律的发现过程和年代问题,多年来,一直存在着各式各样的说法.有的认为运动第一、二定律是伽利略发现的,牛顿只不过是抄袭和“搞拿来主义”.有的认为运动三定律是牛顿在1665—1666年间发现的.牛顿自己则在不同的时间也有不同的说法.总之。与引力平方反比定律和万有引力定律之发现相似,众说不一,看法很多,长期以来存在争论.笔者在对牛顿有关论著、书信和资料分析与考证后,认为有必要提出以下一些看法,供有关工作者参考. 一、区分几个有关的基本概念 笔者认为,长期以来在这个问题上所以引起争论,主要原因是未能很好区分以下…     

引力的前世今生

从牛顿万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论,人们对引力的认识经历了一个曲折的过程。随着今天引力波的发现,让我们来回顾一下在这一个世纪里人们对引力发展的认识过程~([1])。1687年:牛顿引力艾萨克·牛顿在出版的《自然哲学的数学方法》一书中对引力进行了全面描述。这为天文学家预测行星的运动提供了精确手段,但它并非没有瑕疵,例如无法精确地计算水     

爱因斯坦后期的构思:基本相互作用与空间-时间性质的统一

 从远古时代起,人们就力图用尽可能少的综合概念来解释自然界的全部复杂性.从这个观点看来,在物理学史上并列着三个名字:牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦.这些科学家都在统一自然规律方面取得了最大的成就.三百年前,牛顿把地球引力(支配苹果落地的力)和天体引力(保持行星在太阳周围轨道上运动的力)视为同一种力,统一了地球引力和天体引力.     

引力波

一、引 言 万有引力是物质之间一种极为普遍的相互作用.按照牛顿的万有引力定律,自然界中任何两个物质之间都存在着相互的吸引力,这种作用力的大小是与它们质量的乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比.但是,在牛顿的引力理论里,认为这种作用的传递是不需要时间的.牛顿的场方程中不包会任何时间的微商项,这就意味着物质分布的改变将立即引起空间各点引力势φ的变化,即引力作用的传递是“瞬时”的.换句话说,即引力相互作用的传播速度为无穷大,而这是与狭义相对论关于任何物理效应都不能快于真空中光速的要求相矛盾的.1916年,爱因斯坦提出了…     

牛顿力学原理的产生及牛顿哲学思想的分析

牛顿力学(也称古典力学)的原理包括物质机械运动的三个普遍定律和万有引力定律. 牛顿力学原理是怎么来的呢?资产阶级否认任何科学理论都是社会实践的产物,“惯于把科学看做是从天上掉下来的”1),他们把牛顿力学原理的产生归之于牛顿(1643—1727)“灵感的天才创造”,借以宣扬唯心主义的先验论.一些反动的科学家与哲学家,更利用牛顿力学原理的局限性和牛顿世界观上的机械论和经验主义的错误,去歪曲物理学的新成就,散布悲观主义、虚无主义、神秘主义等唯心主义和形而上学的观点。疯狂地向辩证唯物主义进攻.回顾牛顿力学原理形成的历史,对牛顿的…     

引力的"磁性"是怎么回事

爱因斯坦广义相对论的重要结论之一是引力也应有“磁”分量，两个旋转物体之间会有引力“磁”矩的相互作用．而按牛顿引力论，两个物体的引力只决定于二者的质量，并不与二者旋转运动方向有关．因此，检验是否存在引力“磁”分量，乃成为区别牛顿引力论与广义相对论的关键之一．检验的方法是利用旋转物体，例如，在空间放置一个陀螺，按牛顿理论。     

《物理》在推动交叉学科发展和高新技术应用中大有可为

在《物理》创刊 2 0周年时我曾写过一篇短文 ,那时举国上下刚从“文化大革命”中苏醒过来 ,改革开放还没有开始 .当时《物理》编辑部曾提议增加“物理学和经济建设”栏 (现在改为“物理学和高新技术”栏 ) .可是十年后的今天 ,我国经济建设的发展已是如火似荼 ,高速推进 .事实上科学技术就是对于我们赖以生存的大自然的了解和掌握 ,它的创新是发展经济建设最重要的因素 ,“物理学和高新技术”栏的设置很有必要 .自然科学中数学是一门处理事物在时间和空间位置及数量关系的学问 .随着时间的推移 ,事物在空间活动的轨迹形成几何图形 .“几何”…     

物理学中一桩300多年的悬案——牛顿旋转水桶实验证明了什么

近来看到一些广泛流行的图书与资料,他们强调了唯有牛顿绝对时空观才是正确的观点;并且人们通常认为牛顿的旋转水桶实验证明了牛顿绝对空间的存在。本文将指出,这些观点与看法可能是错误的,值得商榷与澄清。正如资深物理学教授沈致远先生所指出的：“这是300多年来物理学中的一个基本问题,触及物理学之根本”,因此,讨论并评述牛顿旋转水桶实验将是很有意义的,