“惯性系”概念能成立吗.docxVIP

第PAGE1页 /共 NUMPAGES9页 “惯性系”概念能成立吗？ 摘要：现在的教科书都教导我们：“牛顿定律只有在惯性系中才成立。”[1] 然而，爱因斯坦在1938年就已发现：“究竟是否存在一个惯性系的问题，直到现在还无法决定。”[2] 进而又尖锐地指出：惯性系概念是同语反复、循环论证，这导致了“我们有定律，但是不知它们归属于哪一个框架，因此整个物理学都好像是筑在沙堆上一样。”[2] 爱因斯坦在1955年临终前更是十分强调地反复告诫：“牛顿的最伟大成就是他认识到特选参考系的作用。” [3] 这显然是非常令人困惑的，因为，现在的物理学界普遍认为：没有什么“特选参考系”，牛顿定律所适用的只是那无数个相互平权的“惯性系”——“特选参考系”只不过是一个错误，怎么可能是牛顿最伟大的成就呢？ 本文指出，由于19世纪末的物理学界普遍相信了马赫的观点——“牛顿使全部力学参照绝对空间”[4]，这就产生了一个问题：以绝对空间作为参考系，无异于没有参考系！牛顿定律就此陷入了没有物理意义的尴尬。正是为了掩饰这个尴尬，“惯性系”概念应运而生！ 本文论证了，“惯性系”概念不能成立！牛顿定律所适用的参考系正是爱因斯坦临终前所极力赞赏的“特选参考系”，而不是“惯性系”！ 继而又论证了，牛顿定律的“特选参考系”就是“引力场”，牛顿定律唯有相对于“引力场”才是成立的！ 关键词：惯性系，绝对运动，绝对空间，特选参考系，引力场 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 引言 2 第一章 牛顿研究运动问题时所参照的是什么参考系？ 2 第二章 “水桶实验”证明了“绝对运动是相对于绝对空间而言的”吗？ 3 第三章 用“惯性系”取代“绝对空间”，可以让牛顿定律具有物理意义吗？ 4 第四章 牛顿定律的“特选参考系”究竟是什么？ 4 §4.1 “引力场”有可能是水桶实验的“特选参考系”吗？ 5 §4.2 为什么可以说，爱因斯坦也认为“引力场”就是牛顿定律的特选参考系？ 5 4.2,1 爱因斯坦已认识到牛顿定律的“特选参考系”就是“以太” 6 4.2.2 实际上，爱因斯坦已发现了“引力场”这种无形物质就是“以太” 6 第五章 总论——废弃“惯性系”，会导致牛顿力学垮塌吗？ 7 参考文献 9 引言 惯性参考系，简称惯性系(inertial system)，是物理学中的一个重要概念。但是，其来路却有些蹊跷——在伽利略和牛顿的全部著作中，并没有惯性系这个概念，而且，北大赵凯华教授告诉我们，“牛顿力学的理论框架本身并不能明确给出什么是惯性参考系”。[5] 那么，“惯性系”这个概念，究竟是谁？又是出于什么需要而创造出来的呢？ 第一章 牛顿研究运动问题时所参照的是什么参考系？ 现在八年级的初中生都已经懂得了一个浅显的道理——“人们在描述某一物体的运动情况时，无不是对于另一个假定不动的物体（参照物）而言的。”[6] 这个道理被称为“运动的相对性”。 物理学中，把“这些作为研究物体运动时所参照的物体，称为参考系”。[5] 牛顿当然比我们更懂得“运动的相对性”！故他在研究运动问题时，首先就需要选定一个假定不动的参考系，以判定所研究物体的运动状态，然后才能归纳出运动定律。 因此，牛顿研究出来的运动定律并不是适用于所有的参考系，而只适用于牛顿所特别选定的这个参考系——特选参考系！ 1955年4月3日，美国著名的科学史家I.B.科恩（I.B.Cohen）对爱因斯坦进行了一次采访，“爱因斯坦说，回顾牛顿的全部思想，他认为牛顿的最伟大成就是他认识到特选参考系（privileged systems）的作用。他十分强调地把这句话重复了几遍。”[3] （不幸，两周后的4月18日，爱因斯坦就谢世了） 然而，现在的教科书都无视牛顿的“特选参考系”，一致强调：“牛顿定律只有在惯性系中才成立。”[1] 所以，当科恩听到爱因斯坦反复强调牛顿的“特选参考系最伟大”时，就非常不理解——“我觉得这是有点令人困惑的，因为今天我们都相信，并没有什么特选系，而只有惯性系。”[3] 那么，是什么原因导致物理学界普遍采用“惯性系”，而弃用“特选参考系”呢？ 而且，爱因斯坦在临终前反复强调牛顿的“特选参考系最伟大”，究竟是“老糊涂”了，还是“人之将死其言也善”的善意提醒呢？ 在研究地面物体运动时，牛顿选定的“特选参考系”通常就是假定不动的“地面”。 在研究行星运动时，牛顿也明确地选定了一个“特选参考系”——《原理》的“第三篇、宇宙体系”中有“定理11：地球、太阳以及所有行星的公共重心是不动的。” [7] 牛顿正是参照这个“假定不动的重心”，研究行星