质能的运动
三、运动的描述
第一,惯性系描述运动。
运动是绝对的,但运动的描述是相对的。要描述物质运动的状态,就不可避免地要选定参考系,不同的参考系,物质运动状态可能不一样,所以物质的运动状态完全由参考系决定。
物理上习惯用惯性系为参考来研究物质的运动;然而选定的惯性系往往是近似的惯性系,这虽然在一定程度上能解决问题,但如果深入研究,毕竟有些粗糙。现在的现实问题是近似惯性系显得粗糙,精确的、绝对的惯性系又难以找到。在此情况下相对惯性系就凸显了它的优势。
第二,相对惯性系。
相对性原理:所有彼此相对静止或做匀速直线运动的系统,均可看作惯性系,他们之间的物理定律是相同的,物质性能是等效的。彼此相对做匀速直线运动的两系统,不一定做匀速直线运动,只是相对自己来说,另一个系统做匀速直线运动。例如,两个系统做加速度相同的直线运动或做曲率相同的同步运动等等。举个例子说明做曲率相同的同步运动:转动圆盘同一半径上的两点,就是做曲率相同的同步运动,他们彼此可以看作对方是惯性系。我们也可以把地球看作惯性系,因为我们在地球上和地球一同绕太阳运动。
相对于相对惯性系,静止或匀速直线运动的物质,受的合外力为零;受合外力为零的物质,相对于相对惯性系静止或做匀速直线运动。同理,如果一个物质静止或做匀速直线运动,那么对应的那个参考系就是相对惯性系;当然如果说一个物质受的合外力为零,我们自然就认为他相对某一参考系,要么静止,要么做匀速直线运动,这个参考系也自然而然就是相对惯性系。这里要强调两点:其一,在局部域范围之内,相对惯性系等效于绝对惯性系。其二,合外力为零具有相对性。
第三,运动相对性的根源。
运动是相对的,一个物体怎样运动、其运动是否改变了,这一定要以某一参考系为参照,要不然就无法描述了。然不仅运动具有相对性,惯性系具有相对性,就连力的描述也具有相对性。为什么呢?下面能子源根据学习所得说说自己的理解:
运动的描述具有相对性,是因为参考系的选择。惯性系的相对性何因?一方面,在宇宙大背景下,绝对的惯性系很难找到,物理上的惯性系都是相对的或近似的,不过宇宙大爆炸的始端也许能寻求。另一方面,物质系统大到天体星系、小到微观粒子,一般都做有心运动(微观粒子的有心运动从概率论统计),有心运动就是一个物体围绕某一中心转动,有心运动的物质其力不能为零;从宇宙大背景中看,具体的物体在做复杂的曲线运动,就连宇宙时空本身也在加速膨胀。这说明宇宙万物都在力的相互作用下做变速运动。看来在宇宙大背景下,物质受合外力为零的情况根本不存在;但是从哲学的角度考虑这并不为然,因为哲学认为一切尽在矛盾论中,即绝对中必有相对,完全纯粹的绝对是不科学的。根据哲学的思维推断,或许宇宙中可能存在受合外力为零甚至不受外力的物质。虽然从哲学范畴考虑有不受力的情况,但我们现实中的物体几乎都受力,所以我们用到的惯性系也都是相对的。故,惯性系的相对性是原于现实的残酷性,即相对惯性系根源于物质受到的合外力不为零。
下来我们再说说力。从运动的方面讲,一个物体受不受力,我们是通过它的运动是否变化来判断的。物体静止或匀速直线运动,它受力就为零,否则受力不为零。到现在为止人们还没有发现,或者说还没能力发现,有绝对做匀速直线运动的物质。又由上面内容知,我们认识的宇宙万物都做变速运动,我们的惯性系也都是相对的,所以所有物体都受力。物体不受力或受合外力为零是相对的,即合外力为零只是相对于给定的惯性系。例如,地球上做匀速直线运动的火车,相对地球来说其受合外力为零;但相对太阳讲火车的合外力就不为零,因为火车随着地球绕太阳转动。
不仅合外力为零具有相对性,而且作用力大小的描述也与参考系有关系,因为对不同的参考系物体的加速度不同,所以力的大小可能就不一样。也许我只是说也许,也许宇宙中真的存在做绝对匀速直线运动的物质,只是我们目前没有发现而已。假设有一种基本的微观粒子,它和其他物质只有非常短的短程力,那么在它远离其他物质时,它一定绝对地受力为零,它也一定做绝对的匀速直线运动;虽然在粒子自身的历史长河中,这样的时间可能不会一直存在,但至少它拥有过。如果假设存在,那么绝对的惯性系、绝对的不受力和绝对的匀速直线运动就存在。所以说就从我们现在的认知范围之内,力的描述也具有相对性。
综前所述:
第一,物质是运动的物质,运动是物质的天性;运动是物质的运动,物质是运动的承载者;物质的运动是绝对的,运动的描述是相对的,在运动的描述中惯性系和力都具有相对性。运动和力的相对性都源于参考系,惯性系的相对性是现实无奈的选择。
第二,惯性维持物质的运动状态,力改变物质的运动状态;运动的描述离不开参考系,一般用的参考系是惯性系,惯性系或近似或相对,绝对的惯性系在一定范围内可能存在,但很难找到。
第三,牛顿定律是解决物质运动的基本规律,但它不是唯一。现有的运动理论或多或少存在一些不足,但它们能很好的解决我们遇到的实际问题。是否有更精准、更完美的运动理论,我相信科学的大道一定是延绵向前的光辉历程!能子源版权,违之必究!
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