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《物质信息论》第五章 运动变化与惯性静止-2

  5-2 运动的几种类型

  变速运动
  变速运动我们也称之为加速运动,描述这种运动的主要指标就是加速度。物体在加速运动过程中不是维持在一个惯性状态上,它的惯性状态在发生着变化。加速运动一定是在外力的作用下产生的,加速运动中一定有物质相互作用,一定有能量的传递,这是加速运动跟因“多”而产生的相对运动的根本区别,后者的运动具有逻辑因果关系,而前者具有物质因果关系(参见《终极规律论》第七章)。
  变速运动中的加速度可能是不变的,也可能是变化的。加速度不变的变速运动是一阶变速运动,加速度变化而加速度的变化率不变的变速运动是二阶变速运动,以此类推。只要变速运动是有限阶的,也就是说在变速中存在着不变量,那么这个变速运动就是有规律的,阶次越高运动的规律越难以把握。无限阶的或者说无阶的(找不到阶的)变速运动是没有规律可循的运动,是不可进行数量描述的运动。
  匀速直线运动
  要判断一个物体是否做匀速直线运动,需要在一个做匀速直线运动的系统中进行。在一个做复杂的变速运动的系统中是感觉不到、测量不出匀速直线运动的,真正的做匀速直线运动的物体在变速系中看来是做变速运动的。而我们地球的表面恰恰就是一个变速系统,因为它在围绕着地轴转,地球还在围绕着太阳转,太阳还在围绕着银核转,银河系统在总星系里也在转,实际上我们的地球表面做着非常复杂的运动。尽管如此,我们仍然能够在一定程度上判断某些匀速直线运动,因为地球和星系的尺度足够大,运转的周期也足够长,地表在一个比较短的时间内可以近似看作是在做匀速直线运动,这样我们就能够在一个较短的时间(远远小于地球运转周期)、一个较小的尺度范围(远远小于地球直径)内判断一个物体是不是做匀速直线运动。
  转动
  转动是不是运动呢?看上去转动物体内部诸因素之间的关系没有变化,没有相对运动。但是每个内部因素都在改变着自己的状态,因为它们不是处于惯性状态。每个内部因素都在外力的作用下做加速运动,这种外力就是内部诸因素之间的固体约束力。如果没有这些约束力,这个旋转的物体便成了沿离心线散射出去的一群粒子。所以,一个束缚态固体的转动,实际其内部的诸因素都处在变化状态。
  运动产生于物自体之间的不同,而为什么各个物自体会不同?为什么存在着“多”?这无法解释,也无需解释,这种问题跟“为什么存在物质”一样,都是哲学追问所不能达到的极限。
 
 
5-3 变化与守恒
  守恒就是不变。变化与守恒的问题是哲学的基本问题,哲学就是随着这种问题的提出而诞生的。最早的哲学家泰勒斯等人讨论的世界本原问题就是“世界在变化中那个不变的元素是什么”这样一个问题,接下来赫拉克利特和巴门尼德等人讨论的是“世界是不是变化的”这样一个问题,赫拉克利特认为万物都处于不断的变化或流动之中;巴门尼德则认为没有任何东西是在变化的状态之中。巴门尼德之所以提出这么奇怪的结论,在于他认为世界是“一”,唯一真实的存在就是“一”。我在《终极规律论》的“惯性律”中分析过,“一”确实是不变的。“世界是一”这样的观点在我们看来也是非常奇怪的。
  静止的事物是一阶不变的。静止有两种情况:一种是它的性质不变、内部关系不变,即没有变化;另一种是它与他物的关系不变,即没有运动、没有相互作用。
  有规律地变化或运动的事物是二阶不变的,或者高阶不变的。在这种情况下,事物与他物之间有相对运动,外部关系在变化,但可能有两种关系之间的关系不变,如距离关系与时间关系之比(速度)是不变的;或者速度这个二阶关系也在变,但是速度与时间之比(加速度)不变。事物的变化规律就是变化着的事物中二阶不变的或高阶不变的信息。
  在杂乱无章的多体系统中,人们很难或根本不可能发现影响系统内所有状态的不变关系,这种系统就是无法确定的。
  单就客观事物来讲,它只有不变性和变化性,共同性和差异性,(变化或分布的)规律性和杂乱性。而确定性和不确定性,必然性和可能性是对于认识者而言的。不过,对于客观事物而言的情况和对于认识者而言的情况之间都有着对应性:客观事物本身的不变性、共同性、规律性对应着认识者视野中的确定性、必然性,客观事物本身的变化性、差异性、杂乱性对应认识者视野中不确定性、可能性。
  物理学家说,量子系统是随机性的,当我们对它进行测量时,它被呈现出一个确定的态,而经典系统则是确定的。这是认识错误。随机性、确定性、不确定性都是对于认识而言。离开了认识,自然本身是没有这些性质的,谈论自在的系统是不是确定的是没有意义的。我们之所以认为经典系统是确定的,是因为我们对经典系统进行多次测量可以得到同样的结果,而对量子系统进行再一次测量就不能得到同样的结果。
  那么,我们可以谈的是自然系统本身的什么性质呢?是它的规律性,是它是不是具有规律性,是不是具有不变性或共同性,具有什么样的不变性或共同性,在什么程度上具有不变性或共同性。如果具有不变性或共同性的话,哪些不变性或共同性是可以认识的?什么情况下的不变性或共同性是可以认识的?
 
5-4 运动与力
  对于“相对运动来自惯性与‘多’”这一原理,即使在牛顿那个时代,也应当能够看得出来的。遗憾的是,牛顿不仅没有看出来,还把运动的原理弄反了。牛顿说:“惯性是一条被动的原理,按这条原理,各个物体将保持它们的运动或者静止,它们所接受的运动与施加于它们受的力成比例。单单按这条原理,世界上就永远不会有任何运动。要使物体运动就必需有某种其他原理;而现在物体在运动,就必需有某种其他原理用于保持这个运动。”(牛顿:《光学》第221页,科学普及出版社,1988年)
  牛顿所说的这种“其他原理”就是引力的原理。外力的确是物体相对于自身的原有状态发生运动变化的原因,但是物体之间的引力恰恰又是限制物体之间因各自的惯性而产生的相对运动的原因。也就是说,对于两个以上的物体来讲,它们之间的引力是限制它们的相对运动的,甚至是消除它们的相对运动的,引力是使多体系统保持稳定的。当一个物体受到地球的吸引力时,要么这个物体围绕地球稳定地运转,二者形成稳定的系统;要么这个物体落到地球上使二者成为相对静止的一体。只有斥力才会对物体间的相对运动起促进的作用。如果两个物体在接近或碰撞时不存在引力和斥力的话,二者之间就会像两束光那样相互穿过而互不影响,物体之间也不会存在所谓的不可入性。
  物质的粒子性有两种:一种是粒子具有对其他物质的斥力,这种斥力使得这个粒子不能与其他的物质粒子相穿而过。分子、原子、电子、质子、中子都是这样的粒子。这种具有斥力的粒子在跟其他粒子发生相互作用后,仍然存在。另一种粒子不具有斥力,但它能把自身的能量转移给其他的物质粒子,之后它自己就不再独立存在,光子就是这样的粒子。一个光子只所以能同时穿过双缝,就是因为它没有斥力,它是波态的。光子之所以显示出粒子性,乃是因为它能够把自身的全部(而不是部分)能量无私地奉送给其他的粒子。
  任何两个物自体之间的相互作用都会产生对这种作用的异化效应和互补效应。异化一般是正比异化。正比异化效应与互补效应结合在一起的结果是呈现出波动(简谐振动)。简谐振动中,位置与时间的函数呈正弦波,速度与时间的函数曲线呈余弦波,作用力与时间的函数曲线呈反向正弦波,三者的波形相同、相位不同。圆周运动是平面内任意方向上的波动,它在圆周所在的平面上的任意方向上的投影都是简谐振动,所以圆周运动也是波动。

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