慣性力的本質是時空反彎曲

引力和慣性力不是一種物體之間的相互作用,兩種力都與物體的質量有關,物體的質量大,引力和慣性力也大;物體的質量小,引力和慣性力也小。質量是物體的固有屬性,引力和慣性力卻不是,引力不是一種真實存在的力,慣性力同樣是一種虛設的力,引力和慣性力符合哲學虛擬論的“等效原理”。牛頓和其他經典物理學家通常會認為,引力是物體之間固有的相互作用,它是一種真實存在的力,慣性和慣性力存在於一切參考系中,其實不然。牛頓在1666年初步發現了萬有引力定律,他在1684年公佈了這一定律的經典表述,另一位英國的科學天才胡克在1679年給牛頓寫了一封信,提出了引力與物體之間距離的平方成反比的觀點,胡克和牛頓幾乎在同一時期發現了萬有引力定律,由於“牛頓霸權”的影響力和他在開普勒行星運動“三大定律”的基礎上用微積分的數學工具推導了萬有引力定律的表達式,科學界於是將萬有引力的發現權交給了牛頓。1915年,在狹義相對論發表後的第十年,愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論,新的引力理論否定了牛頓和胡克對引力的哲學解釋和數學表述,根據被譽為物理史上最偉大成就的廣義相對論對引力本質的解釋,在兩個物體之間不存在任何“引力”的作用,牛頓認為,“蘋果落地”是由於巨大的地球對微小的蘋果產生了“引力”,愛因斯坦認為,“引力”是一種表象化、表面化的認識,引力的實質是有質量的物體對時空產生了彎曲,“蘋果落地”是由於蘋果沿著一條我們不能辨認的“彎曲線”落在了地上。

慣性力的本質是時空反彎曲

萬有引力定律和廣義相對論符合哲學引力論的“等效原理”,而廣義相對論在萬有引力定律的基礎上實現了突破,廣義相對論在經典物理的條件下“下落”到萬有引力定律,而萬有引力定律在相對論的條件下“上升”到廣義相對論,我們因此將牛頓的萬有引力定律稱之為“舊引力理論”,而將愛因斯坦的廣義相對論稱之為“新引力理論”。引力在星系和宇宙的尺度上成為一種起主要作用的因素,星體和星系的形成,行星和恆星、星系和星系團的運動離不開引力的牽引。天文學家通過引力定律預測星球運行的軌跡,就像電磁力將電子束縛在原子核周圍並繞原子核旋轉一樣,引力將地球束縛在太陽的周圍並繞太陽旋轉,電子在原子核周圍和地球在太陽周圍獲得的旋轉向心力符合哲學力學論的“等效原理”,然而,電磁力是一種真實的、實在的力,而引力則是一種假設的、虛擬的力。地球和太陽以巨大的質量扭曲了周圍的時空,我們假設時空是一個“絕對均勻”的纖維結構,這是愛因斯坦廣義相對論成立的一個前提,就像光速不變性是狹義相對論成立的一個前提一樣,時空纖維的均勻性和光速的不變性符合哲學前提論的“等效原理”。儘管愛因斯坦沒有將時空的絕對均勻性單獨列為“一個原理”或一個前提條件,但是,我們可以從科學語言和邏輯分析中推出廣義相對論成立的“第三個前提”、或“第三個條件”,如果時空是什麼也沒有的“虛空”,那麼時空彎曲和扭曲的概念不能成立。引力的本質不是太陽對地球產生的吸力,而是地球的質量達不到太陽的0,01%,地球在太陽周圍的彎曲時空中作一種“測地線”、或橢圓式的運動。

慣性力的本質是時空反彎曲

任何有質量的人物體都對周圍的時空產生了彎曲作用,我們的身體對周圍的時空產生了無法檢測的微小彎曲,人們在“抖音”的舞臺扭擺身體時產生了可以忽略不計的“引力波”。行星和恆星對周圍時空的彎曲通過諸如:月球圍繞地球旋轉、地球圍繞太陽旋轉表現出來,由於水星和金星比地球距離太陽更近,水星和金星因此受到太陽周圍時空彎曲的效應更明顯,多數科學家之所以接受了愛因斯坦對引力的時空彎曲本質的解釋,原因之一是廣義相對論很好地解釋了水星在更劇烈的時空扭曲中產生的“進動”,金星和地球的“進動”沒有那麼明顯,牛頓的萬有引力理論則不能解釋水星的“進動”現象。萬有引力理論和廣義相對論的一致性至少體現在兩個方面:小質量的物體產生的引力小、或產生的時空曲率小,大質量的物體產生的引力大、或產生的時空曲率大;兩個近的物體產生的引力大、或受到的時空“彎曲力”大,兩個遠的物體產生的引力小、或受到的時空“彎曲力”小。愛因斯坦預言了光線在大質量天體周圍產生的彎折現象,他的預言得到了天文觀測的反覆證實。我們的身體對經過的光線產生了不可觀測的彎曲效應,但是,我們的身體能夠感受到慣性力的作用,當乘坐的車輛經過一段彎道時,我們會感到一種離心力的作用,當乘坐的車輛在平直的道路上突然急停時,我們的身體會在一種“前傾力”的作用下向前衝去,離心力和“前傾力”實質上是一種慣性力。就像萬有引力理論不能揭示引力的本質一樣,牛頓的動力學定律不能很好地揭示慣性力的本質。

慣性力的本質是時空反彎曲

1632年,作為“科學之父”的意大利人伽利略為了解釋地球的恆久運動提出了慣性定律的設想,最早的現代實驗物理學家伽利略做了一個小球在光滑木板滾動的實驗,小球先從一段斜板上滑下,然後在一段平板上滑行,假設木板是絕對光滑、或沒有摩擦力的作用,那麼從斜坡上滑下來的小球將在“無限長”的平板上永恆地滾動下去,小球在平板上保持勻速直線運動的特性被伽利略稱之為慣性,牛頓將伽利略發現的“慣性定律”定義為“牛頓第一定律”,即:一個不受任何外力作用的物體將保持靜止或勻速直線運動的狀態。伽利略和牛頓總結的慣性定律衝擊了歐洲天主教會“天體運動是上帝推動的”錯誤觀念,力學從此擺脫了宗教迷霧的束縛。一個靜止或作勻速直線運動的物體有慣性,我們可以將慣性理解為物體的“內在慣性力”,但是,由於這個物體在運動的方向上沒有受到任何外力的作用,因此,它沒有慣性力、或沒有受到“外在慣性力”的作用。物理學家將一個靜止或作勻速直線運動的參考系稱之為“慣性系”,而將作加速或減速運動的參考系稱之為“非慣性系”,他們發現,在慣性系中不存在導致物體靜止或勻速直線運動的“慣性力”,而“慣性力”或某種“外在慣性力”卻真實地存在於“非慣性系”。比如:當乘坐的車輛經過一段彎道時,我們能夠感到一種離心力的推動,當乘坐的車輛在平直的道路上突然急停時,我們的身體在一種“前傾力”的推動下向前衝去,反之,當靜止的車輛在平直的路面突然啟動時,我們的身體在一種“後傾力”的推動下向後翻到,離心力和“前傾力”、“後傾力”都是一種慣性力。我們將作加速或減速運動和在“大轉盤”作轉動的車輛看成是“非慣性系”。

慣性力的本質是時空反彎曲

人體或物體在非慣性系獲得的“慣性力”與人體或物體自身的慣性有關,卻不是自身固有的慣性帶來的,之所以說“慣性力”不是一種真實的、或虛擬的力,這是因為它不是由任何外在的物體施加的,我們在急轉彎的道路上受到“離心力”的推動,這不是汽車對我們“推了一把”,同樣,我們在急停、或急啟的車輛上受到“前傾力”、或“後傾力”的推動,這不是汽車向前、或向後對我們“擊了一掌”,物理學家認為,我們在車輛的“非慣性系”受到的“慣性力”來自於非慣性系,這種假想的、虛構的慣性力不是人體或物體自身的慣性帶來的,而是來自於非慣性系對原先慣性系的“補償作用”,補償作用的表現形式就是慣性力。既然沒有任何外在物體對我們的身體施加“離心力”、“前傾力”和“後傾力”,乘坐車輛的我們感受到了慣性力的推動,那麼牛頓運動定律的“第二定律”和“第三定律”就不適用於描述慣性力、或不適用於描述物體在非慣性系的運動,反之,為了在非慣性系保持牛頓運動定律的適用性,物理學家引進了“慣性力”的概念,只要在慣性力的符號前加上一個負號,就可以將“慣性力”看成是一個負向的外力,外力F=ma,而慣性力I=--ma,加上了負號的慣性力和合外力符合哲學力學論的“等效原理”,或慣性力和合外力符合哲學效用論的“反等效原理”。什麼是宇宙哲學的“廣義等效原理”?舉上述的經典例子,慣性力絕不是外力、或外力的合力,“虛擬的”慣性力和實在的外力具有力的作用的同等效果。慣性力不是外在物體施加的,而外力則是外在物體或能量施加的。

慣性力的本質是時空反彎曲

就像真空不是“空無一物”的絕對虛空,慣性力也不是真正意義的“假想力”或“虛假力”,真空和慣性力的實有性符合哲學實在論的“等效原理”。慣性力不是來源於物體與物體之間的交換作用,物理學家將慣性力的本質解釋為非慣性系對加速運動物體的“補償力”,當對抽象的非慣性系的“實在作用”作進一步的考察時,我們獲得了一種深刻的認識,即:非慣性系實在作用的本質是“時空反彎曲”、或“反時空彎曲”。就像與兩個天體的相互作用無關的引力來源於時空的彎曲效應,與物體的外來作用無關的慣性力同樣來源於時空的彎曲,我們將引力理解為時空的正彎曲效應,而將慣性力理解為時空的反彎曲效應,引力和慣性力符合哲學屬性論的“反等效原理”,同樣,引力的正時空彎曲和慣性力的反時空彎曲符合哲學性質論的“反等效原理”。“時空反彎曲”是一個物理哲學的新概念,它的存在性有待物理實驗的檢驗。可以從慣性力的本質屬性推導時空反彎曲的可能,慣性力的實在性和來源的“虛無性”也許證明了時空反彎曲的存在。既然真空的正彎曲產生了“引力”,那麼真空的反彎曲為什麼不能產生“慣性力”?慣性力確實具有一種“反引力”的表現形式,我們要想在地球和其它星球的引力場中“屏蔽”掉引力,創造出一種“失重”的非引力場,那麼我們必須創造一種平衡引力的慣性力。在地球繞太陽旋轉的情形中,地球實際上處於“失重”的狀態,我們在地球上“走來走去”、“跑來炮去”時感覺不到任何的旋轉離心力和太陽的向心力,人體和地球的向心力和離心力產生了平衡,這種力的平衡的真實含義是,以引力或向心力表示的時空彎曲和以離心力表示的時空反彎曲產生了平衡,結果是我們的地球既沒有靠近太陽,也沒有遠離太陽,它始終在一條橢圓的軌跡上運動。

慣性力的本質是時空反彎曲

(宇哲手稿:鄧如山

時間:2018-12-31)


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