师教民与他的数理理论新探讨三部曲之第二部曲：动力学之谜与美

师教民专栏 >> 师教民与他的数理理论新探讨三部曲之第二部曲：动力学之谜与美

师教民 （sjm618@sohu.com）　2008.02.17 12:20:48

师教民与他的数理理论新探讨三部曲之第二部曲：动力学之谜与美

作者：师教民时间：2007年10月20日

==| 哈军工-国防科大校友站 |==

2007-10-20

前言

社会生产的发展，推动了自然科学的发展．从而使力学从着重研究天体的运行发展到全面研究任意物体的运动．于是，建立完整的力学体系的任务就摆在了人们的面前．

最早创立完整的力学体系的是英国数学家、哲学家、物理学家、天文学家牛顿（Isaac Newton，公元1642.12.25～1727.3.20）．他在意大利物理学家、天文学家、数学家、科学革命家、“近代科学之父”伽利略（Galileo Galilei，公元1564.2.15～1642.1.8）的惯性、力、加速度、力学定律相对性原理等有关概念以及实验的基础上，在荷兰物理学家、数学家、天文学家惠更斯（Christian Huygens，公元1629.4.14～1695.7.8）提出的新型质量概念的影响下，在意大利艺术家、科学家、哲学家、工程师列奥纳多·达·芬奇（Leonardo de Vinci，公元1452.4.15～1519.5.2）的“物体运动时对空气的压力等于空气对它的阻力”的观点的启发下，建立起牛顿运动三定律；在德国天文学家、数学家、“天空的立法者”开普勒（Johannes Kepler，公元1571.12.27～1630.11.15）的行星运动三定律的基础上，在英国物理学家、天文学家、仪器制造家胡克(Robert Hooke，公元1635.7.18～1703.3.3)的“力与距离的平方成反比”的思想指引下，建立起牛顿万有引力定律．站在众多巨人肩膀上的牛顿，于公元第1687年出版了传世杰作《自然哲学的数学原理》，建立起完整的力学体系．在这一过程中，牛顿按照他的绝对时空观，把力、加速度、质量、时间、长度等物理量都看成是绝对不变的．因此，人们便把这套力学体系叫做绝对论力学．

后来，许多人批判了牛顿的绝对时空观，提出了运动的相对性，定义了惯性系和非惯性系，把表示物体包含物质多少的质量改成并分为表示物体本身惯性大小的惯性质量和表示物体产生引力大小的引力质量，形成了惯性论力学，并发展成经典力学．

但是，由于惯性论力学或经典力学的主要内容都是牛顿的成果，并由于牛顿的名气太大，所以人们还是把牛顿的绝对论力学和众人的惯性论力学或经典力学统称为牛顿力学．

由于牛顿的绝对论力学（牛顿力学）的先进性和优越性，使它全面地指导了生产实践活动，奠定了第18世纪工业革命的思想基础和理论基础，从而将人类历史推向了一个崭新的阶段．

然而，随着社会生产的发展，绝对论力学（牛顿力学）中的问题越来越明显地暴露出来．例如，英国物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，公元1831.6.13～1879.11.5）创立的电磁学理论就引起了力学定律相对性原理和伽利略变换之间的矛盾．从而使得绝对论力学（牛顿力学）无法解释高速粒子的运动规律．

为了解决绝对论力学（牛顿力学）中存在的矛盾，伯尔尼瑞士专利局3级审查员、年仅26岁的小人物、物理业余爱好者爱因斯坦（Albert Einstein，公元1879.3.14～1955.4.18），接受了众人的惯性论思想和奥地利物理学家、哲学家马赫（Ernst Mach，公元1838.2.18～1916.2.19）对牛顿的绝对时空观的批判所表达的思想，抛弃了牛顿的绝对时空观和伽利略变换，把力学定律相对性原理扩大为物理学定律相对性原理；正视了美国物理学家迈克尔逊（Albert Abraham Michelson，公元1852.12.19～1931.5.9）和美国化学家莫雷（Edward Williams Morley，公元1838～1923）证明以太并不存在、光速恒为c的实验结果；吸纳了法国数学家、物理学家、天文学家庞加莱（另译为：彭加勒，Henri Poincaré，公元1854.4.29～1912.7.17）的光速极限思想；采用了荷兰物理学家洛仑兹（Hendrik Antoon Lorentz，公元1853.7.18～1928.2.4）导出的洛仑兹变换的数学形式．于公元第1905年9月，发表了开创物理学新纪元的论文《论动体的电动力学》，阐明了时间、空间和质量的相对性，创立了既适用于微观高速粒子、又适用于宏观低速物体的相对论力学．

由于爱因斯坦的相对论力学的先进性和优越性，使它全面地指导了生产实践活动，奠定了第20世纪原子能利用的思想基础和理论基础，从而将人类历史推进到一个伟大的时代．

但是，哲学理论告诉我们，事物总是发展变化的，真理也具有时代的局限性．力学发展的历史也从实践的角度证明了这一点．这就不得不使我们想到：既然伟大的导致工业革命的绝对论力学（牛顿力学），由于其时代局限性而不能解决高速粒子运动的实践问题，那么伟大的导致原子能利用的相对论力学（爱因斯坦力学），也会有可能由于其时代局限性而不能解释某些客观现象．

事实上，关于相对论是否正确的问题，从相对论诞生那一天起，就存在着激烈地争论，至今仍未平息．特别是在公元第20世纪和第21世纪之交，美籍华裔科学家王力军（Wang Lijun，公元1966～）先生在世界权威刊物《自然》上发表了超光速实验的论文、并引起不小的震动后，对相对论的研究热潮又在世界各地开始回升，在中国也形成了几股力量．例如，以中国科学院院士卢鹤绂(Lu Hefu，公元1914.6.7～1997.2.13)先生为精神领袖的上海卢鹤绂格物研究所，以中国科学院物理专家吴水清（Wu Shuiqing，公元1941.8.8～）先生为首的卢鹤绂格物研究所北京工作部、北京相对论研究联谊会，中美相对论研究专家在美国创立的《格物》杂志；以著名科学家、中国两弹（原子弹、氢弹）计算专家秦元勋（Qin Yuanxun，公元1923.2.23～）先生的思想为基础的学派；以中国电磁波波速研究专家黄志询(Huang Zhixun，公元1936～)先生为首的电磁波波速工作组；以中国科学院物理专家宋正海先生为首的天地生人讲座；以中国西北专家为代表、以西北工业大学为核心的相对论及现代物理创新国际学术研究会等．在这种形势的冲击下，我也被卷入对相对论的研讨中．

我在公元第1976年开始教授大学物理学后，就曾提出过“从太阳上同时同向发射两个光子1，2，当光子1上的时钟经历时间为1秒时，光子1测得光子1，2之间的距离s是多少”等一系列的疑问，并向河北、天津、北京、上海等地的大专家们请教过．可是，我除了收到“s = 299 792 458 m”，“s = 0 m”，“不能测量s”等不同的回复外，并未获得准确的合理的解释．这种答案的不同一、理由的不充分使我意识到，中国的大专家也未真正搞清这些问题．因此，我只好一边请教、一边讨论、一边研究．在这一过程中，我发现了相对论中的光速不变谜团、事物测量谜团和绝对论中的质量概念谜团、惯性系力谜团．于是，我便产生了揭开这四大谜团、建立新理论体系的念头．在科学大家牛顿、爱因斯坦的启发、影响和指引下，在中国数学界、哲学界、物理学界的老前辈们的关怀、帮助和指导下，我经过16年的奋斗，终于在公元第1986～1993年间，创立了新的动力学理论体系——绝对相对论，并以讲座及其他形式广泛传播．

绝对相对论问世以后，不断地受到学者、专家和同行们的肯定、支持与赞扬．但是我并没有满足与陶醉，而是广泛地进行学术交流，热烈地参加各种讨论，虚心地征求不同意见，不断地吸收多种营养．就这样，我又经过了12年的讲座与辩论、钻研与深探、修改与补充、润色与凝练，于公元第2005年中期，写成了理论专著《动力学之谜与美》．

专著《动力学之谜与美》共分为3章 27节．第1章为《动力学的发展史》．它通过动力学理论的孕育、诞生、成长和成熟的过程，指出了动力学理论在各个阶段中存在的缺陷和不足，阐明了动力学理论发展的原因，描述了各种不同学术观点激烈争论的状况，指出了先进观点受到打击和迫害的过程与原因，为人们是否接受历史教训提出了思考．第2章为《低速绝对相对论》．它淘汰了惯性质量和引力质量的概念，确定了物质质量的概念，淘汰了惯性系、非惯性系和惯性力的概念，提出了参照系和力的新概念；阐明了牛顿仅仅研究了物理量本身数值的绝对性，指出了他对事物认识的片面性．提出了新的加速度相对性原理和力相对性原理，把牛顿力学推广到所有的参照系中，创立了低速绝对相对论．第3章为《匀速绝对相对论》．它发现了光速不变原理的时代局限性，提出了光子速度发射性原理、实物速度界限性原理、自然定律绝对性原理；指出了人们对所谓时钟佯谬、所谓潜艇悖论理解和计算的错误，说明了所谓时钟佯谬、所谓潜艇悖论根本就未发生；把爱因斯坦的3个时空的相对性公式推广到11个，而且推导出这些公式成立的条件；阐明了爱因斯坦只是探索了物理量被测结果的相对性，指出了他对事物理解的片面性．创立了匀速绝对相对论，把爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论统一起来．

绝对相对论的最大创新之处是：

① 通过实际考察，发现了“加速度和力在不同加速的参照系中有不同量值”的加速度相对性原理和力相对性原理，把绝对论力学（牛顿力学）推广到所有的参照系中，从而实现了爱因斯坦的“相对性原理是不是只局限于惯性系（即彼此相对做匀速运动的坐标系）呢？形式的直觉回答说：大概不１的遗愿．

② 挣脱了相对论力学的前提——光速不变原理的束缚，运用物体在有限的时间内不能走无限距离的公理，推导出实际物体的极限速度w．据科学家们的大量实验，证明了在一般高速（低速～0.999 9c）及其以下时，虽然光速变化微小而可认为不变，但在极高速（0.999 999 99 c～w）时，光速变化明显，从而提出了光子速度发射性原理和实物速度界限性原理．证实了所谓时钟佯谬、所谓潜艇悖论根本就不存在．

③ 运用对立统一规律，阐明了牛顿仅仅研究了物理量“本身数值的绝对性”，爱因斯坦只是探索了物理量“被测结果的相对性”，从而把牛顿的绝对论思想和爱因斯坦的相对论思想和谐地统一起来，把牛顿的绝对论力学（牛顿力学）和爱因斯坦的相对论力学（爱因斯坦力学）有机地结合起来，运用辩证的思想方法发展并统一了他们的理论．

④ 绝对相对论是适合于任何速度的参照系的力学体系．牛顿的绝对论（牛顿力学）是绝对相对论在低速时的近似情况，爱因斯坦的相对论（爱因斯坦力学）是绝对相对论在一般高速(低速～0.999 9 c)和低速时的近似情况，因此，绝对相对论是对绝对论（牛顿力学）和相对论（爱因斯坦力学）的发展、扩充、涵盖与包容，而不是否定、抵制、排挤及遗弃．

对于我的这一研究工作，有些不同意见值得进一步探讨，现说明如下：

① 爱因斯坦是公元第20世纪最伟大的科学家，他的理论具有划时代的意义．因此，无可再研究之处．并劝我不要在此浪费时间，要把精力用在大家都关心的课题上．

我十分体味前辈们的良苦用心，也非常感谢师长们的关怀和忠告．但是，当我在教授经典理论的过程中而被学生们问得哑口无言、目瞪口呆的时候，我就会感到内疚和失职，感到对不起学生与国家；当我将这些疑问向全国的大专家们请教而没有结果的时候，我就会感到困惑和迷惘，感到不知出路在哪里．在这种境况的压力下，我不能训斥众学生搞歪门邪道，不能指责群后生非尊师敬老；不能强求大专家做义务指教，不能怪罪名权威想明哲保身．所以，我只好一边请教、一边讨论、一边学着那些勇于挑战牛顿、敢于叫号爱因斯坦的人们的无畏精神进行研究，来设法解决这些使我感到内疚和失职、困惑和迷惘的问题．经过几十年的奋斗，尽管我在前途、经济、身体、精神上损失过大，浪费了青春时期的大好时光，但当我经过十几年的讲座和辩论，使一些真心发扬民主、诚心面对现实、敢于坚持真理、勇于修正错误的人们，改变了经典理论已“无可再研究之处”的观点而对我的新理论给出高度评价的时候，我还是感到了一丝欣慰．

② 爱因斯坦的狭义相对论经过无数科学实验的检验，证明在非常高的精确度以内是严格正确的．

我作为一名物理教师，非常重视和尊重科学实验的结果．但我也认为实验是有条件的．例如，在低速条件下，经过无数科学实验的检验，证明牛顿力学在非常高的精确度以内是严格正确的．但是自爱因斯坦创立狭义相对论以后，未经实验检验的狭义相对论，却首先在理论上指出了牛顿力学的错误，继而在高速的条件下，无数的科学实验又检验出牛顿力学的荒谬．所以不能过分强调实验，应着重理论与实验相结合，并要特别关注实验条件．

③ 你的文章都是直截了当地指出牛顿、爱因斯坦的错误，故会伤害正统派专家的感情，因此对你的新理论的发展非常不利．

我的上述做法的确不符合中国的国情，与学术界的潜规则不谐调，所以很难在目前的中国取得进展．我虽然已经知道其中的奥妙，但改变起来却很难．这是因为我痴迷研究外国人的学术活动，受外国科学家们的影响较深．外国人爱好争论，认为争论才能快出真知．而中国人则喜欢谦虚谨慎，尊师敬贤．例如，成都学者江华荣先生说：“世界上有不少走近真理边沿的智者，为维护权威的尊严而谦虚地绕开了真理．在这种崇高的‘谦虚精神’受到社会赞誉的同时，依然用权威的谬误愚弄着人类、也欺骗着自己，他们就这样世故地实现了伦理与科学的‘完美统一’”．而美国经济学家、公元第2000年诺贝尔经济学奖获得者赫克曼（James Heckman，公元1944～）教授说：“中国学术界有些沉闷，非权威不愿批判，权威不愿接受批判．在我看来，没人向我挑战才是我最大的危险，这就意味着我已死亡！挑战是我人生的真谛１他还说：“在芝加哥大学里，每个人都非常具有批判的眼光，敢于发表并交流自己的观点．”他还指出：“开放式的讨论、广泛的思考和深入的批判以及创新而不一味地遵循权威们的观点，才是一个学者进步的阶梯．”江华荣先生之语反映出中国科技界的特色；赫克曼教授的话体现出外国学术界的风貌．因此，我很想学习张良桥下拾靴的尊师态度和刘备三顾茅庐的敬贤精神，创造融洽、和谐、舒心、愉快的科研气氛，促成宽宏大量、抑制感情、瞄准学术观点对错、原谅形式方法不足的学术局面，认真负责地讨论动力学问题，为科学的发展和人类的进步做出更大的贡献.

对于绝对相对论今后的不同意见，我都会去认真地思考和严肃地对待．这不仅是因为我已对外国式的挑战大感兴趣，而且更重要的是，因为我虽然坚信绝对相对论是正确的、先进的、有用的，但也认为，她毕竟是还未经过暴风雨的洗礼．因此，对于绝对相对论，我不幻想她，能够成为分空间的伟大理论，教导众生开辟崭新的天地；也不幻想她，能够成为划时代的非凡学说，指引人们创造美好的未来．但是，我倒希望她，能够成为针刺锋芒的癫言狂语，抛入学术界会激发中老年人的意气和智慧；我还希望她，能够成为诱发向上的豪言壮语，撒向教育界能唤起青少年们的兴趣和才华．我更希望她，真正起到激帅出征、唤将杀敌的效果，使得这充满智慧的又一批依萨克·牛顿们，研究出不同凡响的伟大理论；使得那富有才华的新一代阿·爱因斯坦们，探索出空前绝后的非凡学说，从而造福于人类．

我真诚地等待着这一天的到来！

师教民

2005年6月18日于武夷山