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科学哲学“三等原理”和三个命题

广义等效原理和广义等效论是新科学哲学的两个专有名词或两个鲜明的标签,在现有的哲学词典里不会出现这两个术语。哲学概念的广义等效原理不同于理论力学概念的等效原理,但可以把广义等效原理看成是理论力学概念的等效原理在哲学领域的推广和“范式”的转换。广义等效原理在理论力学的领域表现为狭义等效原理,在普通物理学领域表现为等质原理或等性原理,在理论和应用数学领域表现为等量原理或等数原理。等质原理和等性原理,等数原理和等量原理都可以收录到现有的科学哲学词典。

为什么说广义等效原理是科学哲学和对应的普通哲学的“第一性原理”?理论一词有一般性的解释,它是人们关于事物知识的理解和论述,也可简单地解释为人们在问题争论和辨别是非时所依据的道理。理论是人们在一定条件下对自然和社会现象的系统总结和理论概括,理论不能证实理论自身的正确与错误,只有经过科学实验和社会实践的检验,理论的真理性和谬误性才能确认。

理论的成型通常经过了归纳和推理的逻辑思维过程,任何未经科学实验和社会实践检验的理论还只是假说。无论是使用归纳法和推理法,还是使用归纳和推理相结合的综合法,理论的成型都会经过一般化或抽象化思维的过程,而广义等效原理在理论思维和理论成型过程中表现为一般性原理或抽象性原理的形式,普通哲学的等质原理在任何理论的形成过程中发挥了前提性和基础性的作用。

自转天体是否影响了天体的引力?在物体自由下落的运动中,在真空的环境同时下落时,两个质量不同的物体将会同时落地,自由下落物体的同时落地性在科学哲学上可表述为:大质量物体——比如铁球和小质量物体——比如体积相同的木球在自由落体运动中遵循科学哲学的等时原理,也就是说,轻重不同的两个物体在相同的时间落下相同的距离。

比萨斜塔实验证实了物体自由下落的时间、距离和瞬时速度与该物体的质量无关。物体自由下落的时间、距离和瞬时速度是否与该物体的自转无关?假如物体自由下落的时间和距离、瞬时速度和加速度与该物质的自转无关,那么物体自由下落的“等时原理”成立,反之,假如物体自由下落的时间和距离、瞬时速度和加速度与物质的自转存在关联,那么物体自由下落的“等时原理”不成立。

有些物理学家反对带自转物体作自由下落运动时遵循“三等原理”的观点,他们认为等时原理、等距原理和等速原理不成立,比如:天体在自转中产生对周围时空的“拖拽效应”,对周围时空带来的旋转弯曲效应影响了天体自身的运动。经典物体的自转对物体的自由下落和公转运动的影响很小,在伽利略的比萨斜塔实验中可以忽略不计,但量子和相对论物体的自转对物体的自由下落和公转运动可能产生不可忽略的影响。

物理学家开展的模拟实验显示,两个自转的黑洞和两个不自转的黑洞分别在合并过程中产生了不同的合并速度,两个自转黑洞可能影响了黑洞引力的相互作用。简要说来,广义等效原理在物体自由下落的运动中与物体的质量无关,等时、等距和等速的“三等原理”成立;广义等效原理在物体自由下落的运动中与物体的自转存在关联,等时、等距和等速的“三等原理”不成立,但在经典物理系近似成立,在相对论物理系完全不成立,在量子物理体系中,量子的自旋可能影响了量子引力和量子结构,但量子的自旋方向与量子引力和量子结构的稳定性无关。

本作者在科学哲学的分析中最先提出了两个命题,一个命题是诸如地球行星的自转方向不影响地日系的引力和结构的稳定性,顺时针和逆时针的自转遵循科学哲学方向论的等效原理。另一个命题是诸如地球行星的公转方向不影响地日系的引力和结构的稳定性,顺时针和逆时针的公转遵循科学哲学方向论的等效原理。现在,本作者在科学哲学的分析中正式提出第三个命题:量子的自旋方向不影响量子引力和量子结构的稳定性,量子的上旋和下旋或量子的左旋和右旋遵循科学哲学方向论的等效原理,本作者享有科学哲学发现的“专利”,于是将上述的“三个命题”称之为“如山原理”,这是以本作者的名字命名的科学哲学三个原理性的命题。

原子自旋不是经典物理概念的自转,自旋被认为是量子态粒子的固有属性,量子的自旋行为与人们经常看到的物体自转有某种相似性。原子的自旋为+1或-1,自旋的原子好像一个球体绕着它的轴线顺时针转动,或一个球体绕着它的轴线反时针转动。物理学家在实验中发现,两个沿不同方向自旋的原子产生了相同的下落速度,正时针和反时针自旋的两个下落原子的速率差错率仅为千万分之一,实验结果达到了精确率的极限,证明了原子的自旋方向没有对原子的自由下落速率产生影响。

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