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姚毓成的博客

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“缺乏体悟”的理性思维现代创世论----姚毓成述评 (18)  

2015-09-05 01:04:36|  分类: 学习资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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另一方面,牛顿宣称:相对空间是绝对空间的某个可变动的范围或尺度;它与物体的位置由我们的感觉确定,通常它被看作是不可变动的空间。······绝对运动是物体从一个绝对位置向另一个绝对位置的转移;相对运动则是从一个相对位置到另一个相关位置转移。······但由于空间的各部分是看不到的,或它们之间不能为我们的感觉所区分,······因此我们使用的的不是绝对位置和绝对运动,而是相对位置和相对运动;在日常事务中没有任何不便之处;但在哲学专题论文中,我们应该从我们的感觉之国进行抽象,考虑事物本身----它们与只是它们可感觉到 的那些方面不同。因为或许确实没有静止的物体,以便其他物体的位置和运动可以参考它。(牛顿《自然哲学的数学原理》)
实际上牛顿准备承认,在运动学方面,一切运动都是相对的,但他主张,当在动力学方面、并且按照 决定这些运动的力来进行考虑时,运动必须以绝对空间作为参考系。
牛顿 以目的论的论证和一般的哲学论证来支持他的绝对空间假定,但他也说明他所相信的是对其有利的那些无可争议的实验证据。他相当清楚地意识到 ,不可能通过任何实验来确定一个物体相对于绝对空间是处于静止还是以均匀速度运动。因为在相对于绝对空间具有一均匀速度(作为极限情形,静止)的一切参考系中,运动的微分方程是不变的(即它们的形式得到维护)。因此,要在实验上区分绝对的均匀速度和相对的均匀速度是不可能的。 另一方面,牛顿 认为,借助于力学实验,在绝对加速度和相对加速度之间进行区分是可能的,因而就有可能在实验中判定一个物体相对于绝对空间是否有一个加速运动。牛顿为其结论提供的证据包括现在众所周知的水桶实验。由于牛顿对这个实验的解释一直是随后的众多批评的焦点,我们将描述这个实验。
把一个装满水的水桶悬挂在一根绳上,这样当挥绕这根绳时,它就变成了水桶的旋转轴。一开始,水和桶的边都部处于相对静止,水的表面(近似)为一平面。然后旋转水桶。水开始并不立即旋转,这样桶相对于水暂时有一个加速运动。不过,在这期间水的表面仍然是一个平面,但最终水也获得了旋转运动, 因而它最后相对于桶边静止。但现在水面在形状上是凹面,不再是平面。接着水桶突然停止旋转,然而,此时水面并不立即就停止旋转,水面在形状上继续呈凹面。最后,当水也停止旋转并且相对于桶静止时,其表面又变成一个平面。
因此,正如牛顿对这个实验分析的那样,水的表面可以是一个平面,不论相对于桶边,水是处于静止还是加速度运动。类似的,水的表面在形状上可以呈抛物面,不论相对于桶它是处于静止还是加速运动。因面牛顿推断说,水面的形状是不依赖于它相对于桶的运动状态的。另一方面,他把抛物面形状看作是水面的正常形状的变形,因此是力作用于水的结果。但按第二公理这种力必然带有加速运动。由于水相对于桶的运动形态已经被 作为不相干的东西而排除掉,这样牛顿推断说必须把相对于绝对空间的加速度看作作用于水上的导致形变的力的表现。牛顿的论证本质上是这样的:表面变形是作用力的证据;作用力产生加速度;但表面的变形不依赖于物体的相对加速度;作用力产生加速度;但表面的变形不依赖于物体的相对加速度;因此这时所说的加速度必定是绝对加速度。由于有可能通过力学实验定数证实物体是否经受变形,因而有可能在实验上区分绝对加速度和相对加速度,从而在实验上辨别相对于绝对空间而被加速的运动。
现在关于一个假定有一些格外令人迷惑不解的东西,按照这一假定,要通过力学手段发现一个物体相对于一个参考系是处于静止还是匀速运动,原则上是不可能的,虽然据说可以确定该物体相对于那个参考系是不是有一个加速运动。因为如果一个物体相对于一个既定的参考系有一个加速度,那么就能推出该物体必定也有一个相对速度。如果在实验上鉴定前者是可能的,那么似乎很神秘的是为什么就不可能鉴定后者呢?一个关于世界的假定,得出了一个固有地不能为实验证实的推理,这在许多人看来是极其不能令人满意的、矛盾的。因而一些作者断定绝对空间的概念在物理上是“无意义的”。不管怎样,牛顿对运动的参考系问题的解决一般被 认为是其力学体系中的某种类似于阿基米德的脚后跟的东西。虽然这个体系被接受长达两个世纪之久,但它被接受主要是因为还没有得到一个更令人满意的解决。
但让我们审查牛顿对水桶实验的解释。牛顿的论证被马赫严厉批评,马赫证明这个论证包含一个严重不合理的推论。牛顿很正确地指出水面形状的变化并不是与相对于水桶边部的水的旋转相联系的。但他断定因此必须把水面的变形归咎于一个相对于绝对空间的旋转。然而,这个结论并不是从实验资料和牛顿其他假定推出的、因为实际上有两种二者择一的方式解释这些资料:水面形状的变化或者是相对于绝对空间的某个物体系统的旋转的结果。或者是相对于与该水桶不同的某个物体系统的旋转的结果。牛顿采纳了第一种抉择,其根据是这一假定:惯性(即一个物体沿一条“直线”继续均匀地运动的倾向)是物体的一个固有性质,即使物理宇宙的其余部分消失了,物体仍会继续具有这种性质。

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