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科学菁英不会满足于鹦鹉学舌的段位
送交者: bpcart[☆★声望品衔8★☆] 于 2022-11-05 2:32 已读 3722 次 8 赞  

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一.科学理论的定义要讲科学 6park.com

对行星的轨道是刚体这个观点有些人不理解、不赞同,认为不是物质的东西不可能是刚体。这很正常,因为在物理课本上,定义刚体是在任何外力作用下,其形状和大小完全不变的物体。既然刚体是物体,那么刚体就应该是可以看的到、摸得着的。但物体是由物质构成的,物体也是物质,物质除了包含:有形、可触摸、看得见的物体外,还包括:看不见、摸不着、空空如也的东西,如电磁场、引力场。这就意味着有可能把课本上狭隘的刚体定义,从看得见、摸得着、有形状的物体,延伸到看不见、摸不着、没有大小限制的物质空间中来。一旦把刚体的适用范围扩大到全部物质空间,那么除了包含现有课本上所表述的,有形物体作为刚体的各种性质保持不变外,又增加了无形的空间这个新元素,也就另外附带的增加了时间这个维度,让原来可以不连续的刚体脉动式运动形态,变成刚体在物质空间中随时间连续不停的运动,在连续运动的条件下,就出现了刚体的运行轨迹这个新型刚体形态。由于刚体的适用范围扩大了,对刚体的限制条件也应相对的会有所降低,这种做法符合事物发展的自然规律,例如把过于理想化的标准,改为真实、客观、实用的标准。刚体现存的定义是:在任何外力作用下,其形状和大小完全不变的物体才可以叫做刚体。这是一个不识人间烟火的理想化定义,缺少事实做基础,脱离了物理学是一种实验科学的基本属性。因为在这个定义下,地球上几乎就没有刚体存在,即使是坚硬如金刚石,也有物体在外力的帮助下,把金刚石挤压、研磨成碎粒。回归到现实中,人们连合格的实验用材料都找不到,关于刚体的物理实验如何进行?通过讨论刚体这个示例也提醒了人们,在科学领域,一个定义的准确与否,对建立在这个定义上的理论能否健康发展,具有十分重要的作用。刚体只是人们构建出的一种理想化的物理模型,既然是人为想象出的一种理想化的物理模型,那么对这个空虚的概念进行符合客观现实的适当修改,就不算什么大逆不道的事情。我们可以建议物理学界把刚体的定义改为:在有限的外力作用下,其形状和大小几乎不变的物体或物体的轨迹称作是刚体。 6park.com

在研究刚体的运动规律时,可以将刚体看成是由许多质点组成的,每一个质点被叫做刚体的质元。在物质空间中,我们也可以把整个物体当作一个大号的质元,当这个大号质元在物质空间的运动中,满足其运动轨迹构成的形状、速度、加速度、距离等都完全不变,那么这个大号质元的运行轨迹,就是一个在物质空间范围内的无形刚体。在电磁场中,所有自由电子总是沿着各自最短的路径运行到电场的正极,电子运行的最短路径就是一个不可改变的刚体。 6park.com

二.刚体的本质意义 6park.com

如果把刚体这个物理的概念抽象化,用数学的语言表现出来,刚体就可以被数学中的点、线段、面积、立方体来代替。在许多人的认知中,一个抽象的线段不是一个刚体,因为它不能被看见和触摸,但如果有人告诉你一个直径10厘米的玻璃球,那么无论你身在何处,你都会十分清楚这个球有多大,因为10厘米这个无形的线段,在数学领域里它是一个既不能被压缩,也不会被拉长的刚体。一个线段可以是一维空间的刚体,也可以是二维空间和三维空间的刚体。如果老师上网课时,让全世界各地的学生按勾股定理画一个三角形,只需告知学生们勾是3厘米,那么你便可以发现,所有学生画出的三角形大小形状都是一模一样,但是线条的颜色、粗细和锐角的指向可能五花八门。这说明物体可见的物理特性,包括线条的粗细、颜色、锐角的指向这些可见的元素都只是外在的表象,而看不见的抽象数学描述,才是物体的本质,这个本质就是物体看不见但真实存在的刚性。换句话说,刚体表面上是一个来自物理学的定义,而实质上它是一个纯数学的研究对象,所以用数学的语言定义什么是刚体不应该受到排斥。大家所熟悉的开普勒行星运动椭圆定律,就是一个在日心说基础上,以太阳为引力场的中心,把看的见、有形状的行星作为大号质元,随时间而连续运动,画出的一个刚性轨迹图。在这个椭圆定律里,行星本身被数学的一个点来代替,这个点搭载到了时间的车轮上,连续不断的随车轮前行,绘出了这个点围绕以太阳为引力场中心的运行轨迹,于是人们在现实中看不见、摸不着,但客观上存在的固化椭圆就出现在了面前。如果行星运行的轨迹不是太阳拥有的引力场空间中的刚体,那就意味着行星的轨迹是可变的,请问一旦行星的运行轨迹可以随意改变,你还会承认开普勒行星运动定律存在吗?如果地球环绕太阳的运行轨迹不是刚性的,那么衡量太阳系星球之间距离的天文单位(AU)还可信赖吗? 6park.com

牛顿第一运动定律:在没有外力作用下孤立质点保持静止或做匀速直线运动。这里的做匀速直线运动是指被抽象化成为质点后的物体,它的运行轨迹就是一个刚体,在不受外力的干扰下,它的直线运动轨迹是不会改变的。国防上的天空反导系统,就是因为对方发射的导弹轨迹是一个刚体,己方才可以计算出这枚导弹何时出现在何处,己方应采用路基、海基或天基武器在何时、何处给予拦截;变轨导弹就是要人为极力改变导弹轨迹是一个刚体这个特性而做出的努力。 6park.com

在三维空间,地球(行星)本身是一个可以看得见的立体刚性物体,地球必须与太阳保持固定的距离(1AU)。进入到银河系这个宇宙级四维空间,也就是增加了时间维度,太阳和地球同时进入运动状态,地球环绕太阳的公转运动,受到三维时空必须与太阳保持固定的1AU距离限制,没有随意改变这个距离的权利,一旦改变了这个固定(刚性)的距离,也就意味着人类将遭遇灭顶之灾。当我们知道了太阳的运行速度,地球的运行轨迹就是一个可预知,但不可变更的长幅摆线了。对于这样一个看不见而又确实存在的行星公转固定轨迹,需要人们摆脱日心说僵化知识的限制,掌握基本的抽象思维能力,让大脑进入太阳和地球同步运动的银河系物质空间,才可以感受地球长幅摆线形状的公转轨迹,并接受这个刚性的公转轨迹事实。当人们承认无论在日心说条件下固定的椭圆公转轨迹,还是在日动说条件下固定的长幅摆线公转轨迹,对刚性物体的概念从外在有形扩展到内在的本质,人们就能够进一步认识到,在物质空间可以被数学连续函数式表示出的物体运行轨迹,都是物质空间的刚体。 6park.com

三.平庸与菁英的异同 6park.com

作为科学人,要有科学的素质,要明白理论是人创造的,就像许多绘画的人面对同一个模特(客观事实),各自都可以画出一张不同角度的人像素描一样,不同的人可以创造出不同的理论来解释和描述同一个事实。只不过在科学界,要成为一个用科学语言描述自然现象和规律的画家,门栏高一些罢了。在同一套理论中,不同的人又可以构造出不同的模型,来辅助解释事实的某一个特征。作为科学界的后来人,要先学会、弄懂前人创立的理论,以便可以站在前人的肩膀上,花费很少的时间,懂得更多的科学道理,这是绝大多数人最终达到的古人云你亦云的水平。对于少数科学菁英来说,扎实全面的学习不仅让人站得高、看得远,更可以看到理论创立者所留下的理论缺失,这就为不甘平庸的科学探索者们,提供了理论革新和突破的机会。

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