自然界基本力量的根源自然界基本力量的根源.doc

《自然界基本力量的根源》 导论 人们站在地球表面上，只能看到日出与日落现象，而不可能亲眼目睹地球绕太阳作公转运动这样一幅真实的自然场景。加上地面上自由落体等等宏观现象，可以在地面处于静止状态时得到最直接的理解，因而人们在认识中最先形成地静观念，则是不可避免的。太阳绕地球旋转、和地球相对于太阳自转，都会使地面上的人们看到日出与日落现象，地面无论处于静止还是运动状态，自由落体都会坠落在相同的位置上。只有当人们认识到还有第二种情况，同样也可以解释他们所观察到的这些自然现象时，人们才会考虑从更大的经验范围，来验证哪一种情况与客观事实相符，传统的地静观念是否应当放弃。它表明在对同一自然现象的解释，存在着不同可能性的情况下，先提出的理论观点，往往会因为知识背景的局限性，而未必就符合自然现象本身的真实情形。 地面从静止状态到运动状态这一认识上的转变，不仅正确地调整了地球与太阳在天文学上的位置关系，更重要的是，人们在从地面处于运动状态不改变地面上原有运动现象的认识转变过程中，发现了物体运动“惯性”的存在。从此，力不再被认为是物体产生运动的原因，而是改变物体运动状态的因素，牛顿的F=m·a公式，以数学表述的方式，概括了物体的受力同物体运动状态改变的量化关系，它开辟了近代工业进入高速发展的道路。与此同时，牛顿将他的这一力学定律的运用范围，推广到天体的运动现象上，并提出了万有引力理论，使人们认识到地面上的运动现象，同天体的运动现象在自然规律上的统一性。 但是，牛顿的力学理论，同以往的浮力定律和杠杆原理等等，那些纯粹是从经验中归纳出来的力学理论，是根本不同的。这些归纳出来的力学理论，只说明作用力在量度上变化的具体规律，它们不涉及作用力的本质、及其产生的物理原因。而牛顿的力学理论，正是关于作用力的本质，及其物理原因的基础性力学理论，它首先需要面对的是一个最广泛和最基本的理论问题，即对构成自然界的基本物质单元的认识、和对这种基本物质单元在自然空间中具体分布情况的了解。如果对这一本质性的问题是不清楚的，那么，也就没有根据来认为物体在密度上的不同，究竟是同体积的物质在量度上的不同，还是同体积物质所具有的某种其它物理量在量度上的不同。在当时的知识背景下，牛顿采用了德莫克利特的自然观点，认为自然界是原子和虚空组成的，即物质全部存在于原子之中，原子是不包含虚空的密实的物质个体，原子与原子之间的虚空领域没有物质存在，其物质量度为零。其中，原子是基本的物质单元，原子和虚空按照一定的体积之比占居自然空间，是物质分布的具体形式，同体积的物体所体现出来的量度上的不同，是同体积的物体所包含的原子数量的不同，也就是物质在量度上的不同。由此，牛顿首先确立了以“物质密度”为前提条件的质量概念，将他的力学理论，深入到自然界最基本的物质层次上。 然而，现代科学所揭示的事实已经表明，德莫克利特认为的空无一物的虚空，在自然界中是不存在的，自然空间可以不包含原子或其它微观粒子，但它仍然是由物质所组成的。“真空”这一概念，在现代科学理论中的意义，已经不是指空无一物的场所，而是指同微观粒子相区别的物质领域，是与“场”的概念相等同的。同样，构成物体的基本物质单元即原子，在核反应中也被证明不是先天固有的永恒的物质个体，而是有生有灭的暂时性的东西，它不能代表最原始的“本原”物质粒子，来表示物体所含物质在量度的多少。根据已有的事实经验可以断定，物质在体积上是绝对不能被压缩的，这也是物质作为自然界基本组成之物的必然要求。将不可压缩的物质，充满在体积一定的空间中后，就不可能再向这个空间中增加物质，以提高这个空间中的物质密度。没有了空无一物的虚空，物质的密度概念便失去了理论依据，因为在理论上，原子中的物质和真实中的物质，不能被视为两种不同的物质，对于原子的产生和消失现象，还需要以真空中的物质，为产生原子时的物质来源，和原子消失时的物质去处。这是物质守恒原则的固有要求。继续将真空中的物质，在物质量度上看作为零，以保持牛顿的质量概念，显然在理论和事实两个方面，都面临着严重困难。 在从微观层次到宇观范围上，自然界普遍存在着一种在量度上收缩或集聚的现象，所有构成物体的原子，都是这种收缩或集聚现象的产物。只有在认为这种收缩或集聚现象，是物质在量度上的收缩或集聚时，原子才能被认为是一个具有高密度物质的个体。但是，物质在集聚过程中，如何使原子中的物质不断增加，其周围真空中的物质不断减少，这在理论上已经是解释不通的。既然在已经充满物质的空间中，不能再增加物质，同样，在充满物质的空间中，也不能将物质抽走而使空无一物的场所出现，要想让物质从一个地方转移到另一个地方，而使空间中的物质密度产生变化，没有空无一物的虚空，是绝对做不到的。 另外，原子是一个高度密集的能量个体，将原子的形成过程，理解为物质的集聚过程，也不能解释原子中隐含巨