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主题:牛顿定律到底说的是什么?(0) -- changshou

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  • 家园 牛顿定律到底说的是什么?(0)

    大家都在中学学过牛顿三定律。然而中学不会强调一些刨根问底的东西。现在回过头看,中学时我并没有真正理解牛顿三定律 (至少没有现在理解得好)。最近看到本版一个有关“力的平行四边形法则”的帖,我的好奇心被激发了。想了解一下大家对牛顿三定律 是怎么理解的?

    比如你会如何回答以下问题?

    1 什么是力?

    2 力为什么是向量?

    3 牛顿三定律可以从实验和观测中总结出来吗?

    4 什么是匀速直线运动?

    5 什么是质量?

    待续

    牛顿定律到底说的是什么?(1) 物体间相互作用?

    牛顿定律到底说的是什么?(2) 力和运动状态改变

    牛顿定律到底说的是什么? (3) 牛顿第二定律

    牛顿定律到底说的是什么?(4) 牛顿第一定律

    牛顿定律到底说的是什么?(5)质量(1)

    牛顿定律到底说的是什么?(6)质量(2)

    牛顿定律到底说的是什么?(7)牛顿第三定律

    牛顿定律到底说的是什么?(8)总结

    外一篇:关于哲学

    关键词(Tags): #牛顿三定律(当生)#牛顿定律(当生)通宝推:zwx650,然后203,辙夫,大Q,旧时月色,看世界,龙战于野,抱朴仙人,南方有嘉木,不打不相识,自以为是,上古神兵,

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    • 家园 有几个文中的名词不懂

      先验,自洽,定量,定性

    • 家园 我也提供一种理解方式

      数学是一门“绝对”的学科,而物理则是一门“近似”的学科。

      绝对的学科其基本点是绝对的真理,即数学公理不需要证明,它们是整个数学体系的基石。

      但是近似的学科其基本点却不是完全“固定”的,这里面就有个“物理公理”和“实验物理”互证的过程。象牛1牛2牛3这种和实验物理的关系就好比鸡和蛋的关系,先有鸡还是先有蛋?呵呵,LZ很多话其实就是绕在这上面了。

      物理公理是一种被实验物理归纳“证明”的公理,而既然是归纳,自然不是所有的数据都落在对应的点上,而是必然有偏差存在,故而所有的“物理公理”其实都是暂时的,都在等待更“近似”的新的理论出现。

      为了让物理更有说服力,于是又发展出一种“理论物理”,这玩意和数学就是同类了,里面的公理就都是绝对公理了。所以理论物理和我们常说的物理其实不是同一个事物,它是物理学的一种衍生。

      物理本质上是一种经验科学,和中医其实是同类,但比中医“科学”多了。在现有公理范围内能大体解释自洽的部分,我们称之为定理,而如果不能自洽的,我们称之为假说。假说你大致可以理解为和“五行学说”是一样的东西,其目的不是合理性或“真实性”而是“死活要给个说法”。故而假说里面各种千奇百怪的定义和公式是漫天飞的,他们只是拼命在实验物理和物理公理间取个归纳中间值,你要真相信你就是SB。一套理论如果假说过多的时候,其实就代表离寿终正寝不远了,需要一套新的“近似”理论出现了。这大致就是经典物理向量子力学过渡的过程。

      今天暂先想到这么多。

    • 家园 在(4)中添加了新内容,是关于伽利略相对性原理的
    • 家园 当初开水龙头的时候有个问题困扰了我很久。

      请教下楼主,‘力’有没有速度概念呢?

      或者说,‘力’的速度是多快。

      • 家园 没有这个概念
        • 家园 请教: 力的传递需不需要时间?设想有这么一个场景

          有一台灵敏度很高的秤,上面堆叠着10000米高的砖头,这时在最顶端增加一块砖,假如放砖的时刻是t0,这个秤的指针出现变动的时刻是t1,有没有t1-t0这个差? 就是说,重力的传递需不需要时间?

          • 家园 取决于具体的力的规律

            具体到牛顿的万有引力理论, 牛顿引力的传递不需时间。这就是令人疑窦丛生的“超距作用”。 人们因此怀疑了牛顿引力两百多年,但由于其在天体运行预测方面的巨大成功,以及没有定量的竞争性理论,人们一直被迫使用这种观点 直到爱因斯坦广义相对论横空出世。

            爱因斯坦通过两个相对论不仅提供了 基本的物理规律 和 “规律的规律”(见我的广义相对论科普中的(17)),而且就此在物理学中确立了相互作用的“局域性”这一指导原则。简单的说 物质的相互作用是需要时间的。目前关于四种基本力的理论都满足这要求(因为有三种被狭义相对论管辖,一种被广义相对论管辖)。

          • 家园 需要时间。
        • 家园 嗯,后来知道没有这个概念,但是还是会这么去想
    • 家园 对俺来说,还真是从哲学角度更好理解

      至少是对《自然哲学的数学原理》这本书而言如此。

      俺所谓的哲学,首先是作为一种世界观来说的,也即对世界的看法,而且这个“世界”也不仅仅是整个宇宙,而且也可以是某个相对独立的体系。

      在俺看来,牛一和牛三就是赤果果的哲学观点。牛三(作用力和反作用力定律)就是对称或者对偶思想的体现。牛一(惯性定律)就是“力是改变物体运动状态的原因”的另一种表述,而这后一句是不折不扣的哲学观点。

      先略过关于运动的各种观点(比如什么“万物皆流”,芝诺悖论,“风动旗动心动”等等)不表,假设关于运动的基本概念比如距离时间速度等都是正确的,那么关于运动的原因也是有各种说法的,“力是改变物体运动状态的原因”,中的“力”可以有各种替代品,比如“神”,“上帝”,“火”,“目的因”,“心”等等,如果只看这句话本身,“力”和其他的东西没什么本质区别,可以看成纯粹的哲学观点。

      但是牛顿牛啊,除了哲学人家还有数学,在牛二中把“力是使物体运动状态改变的原因”这句话用数学重新表述一下,就是F=d(p)/d(t),也就是动量对时间的一阶导数。这个就比其他的解释高明了不知道多少倍。这个式子在相对论里也成立,也就是说相对论遵从了力牛顿关于力的定义。而我们中学里学到的F=ma其实是个推论。

      牛顿更高明的地方在于,以往人们认为当然是“神”的力量的天体的运动原因同样归于力,也就是号称牛四定律的万有引力定律,这样一切运动都可以脱离“神”而可以为人所知并加以研究,从而建立了一个不需要神(至少是退居二线了)的严谨的宇宙模型。如果说发现行星运动定律的开普勒是“天空立法者”,那么称牛顿是“宇宙立法者”丝毫不为过。

      • 家园 谈理解就要经得起推敲

        在俺看来,牛一和牛三就是赤果果的哲学观点。牛三(作用力和反作用力定律)就是对称或者对偶思想的体现。牛一(惯性定律)就是“力是改变物体运动状态的原因”的另一种表述,而这后一句是不折不扣的哲学观点。

        我们来推敲一下

        牛三(作用力和反作用力定律)就是对称或者对偶思想的体现? 某种对称哲学 告诉你作用力和反作用力 大小相等方向相反?那么当牛三不成立的时候咋办(见(7))? 你是不是要放弃或修改你的哲学?

        牛一(惯性定律)就是“力是改变物体运动状态的原因”的另一种表述,而这后一句是不折不扣的哲学观点?如果我说我的哲学是 “力是物体运动的原因”,这个哲学观点怎么样? 看起来更自然简洁,而且事实上一些西方古代哲学家在很长时间内就是这么想的。又或者我说 我的哲学是 “力是改变物体加速度的原因”并以此为基础,我可以建立一个数学体系,只不过运动方程是3阶微分方程,怎么样?这些不同的哲学自由竞争, 为什么“力是改变物体运动状态的原因”胜出而其他被淘汰?这是靠哲学思辨实现的吗?不是,是伽利略的相对性原理指出 相对地球作匀速运动的参考系中的实验观测 和相对地球静止的参考系中的实验观测比较,看不出什么区别。但这不是某种逻辑或哲学的必然,而是实验观测

        更进一步,现代物理中 力和物体(质点)的概念都抛弃了,“场”也不是法拉第理解的“电力线”。这时你前述的哲学又该何以自处

        当然你可以根据物理的进展 不断总结和修改你的哲学以试图提供更“高级”的“形而上的”解释。我认为这些工作是有意义的。但当你总结和修改你的哲学以适应新物理的时候,你得先理解物理(和做为基础的数学)。可是如果你已经做到了这一点,你为何还需要哲学解释来协助理解?我认为这已经是一件很个人化的事情,答案恐怕因人而异。我认为很多物理学和数学工作者是会说不需要的,但很多可能会声称需要。 更麻烦的是,不同的人使用“哲学”一词是可能指的是不同的东西。。。。

        有趣的是,我感到这里的情况和我近来的另一个帖子有点相似性。

        抽象的厉害 和 直观的厉害

        有的人 没有哲学就想不通物理数学的心理 可能和 我没有现场体验就在潜意识层面无法接受 纳达尔,费德勒 网球打得比我好的心理 有异曲同工之妙。 这里我没有在进行讽刺(就象我不会因为上面写的我的心理去嘲笑我自己), 毕竟人的认知过程还是一件远未被人类认识清楚的事情,而最终算数的不是你的内心活动而是你输出的东西物理是由重视哲学和对哲学不屑一顾的人(还有一些中间派)一起推动的。

        通宝推:水随天去秋无际,

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        • 家园 当然经得起推敲

          牛顿力学已经经过几百年的检验,其合理性(与不合理性)人所共知。

          冯友兰说过,哲学不提供(积极的)知识,但提供对知识的看法。因此不是哪种哲学告诉谁牛一和牛三定律,而是持有牛一和牛三定律者拥有相应的哲学观点。

          之所以说牛一和牛三是哲学观点,是因为它们是没有被证明的(当然,俺一直是说牛顿力学,尤其是<原理>)。对牛三,是说在两个物体组成的封闭体系内,作用力与反作用力大小相等,方向相反。这里,两个物体对等,作用力与反作用力对等,这难道不是典型的对称?通常来说,一种对称往往体现的是一种不变性,非对称的东西往往会有更深层次的原因,因而需要加以解释而不能作为公理或原理使用;而牛一,根本不能用实验验证,甚至想都不能想(同样是在牛顿力学范围内),因为万有引力,观察者对被观察同样有引力,"不受外力"的情况是根本不存在的。所以后来马赫主义者拥有了不同看法。

          至于您说的"力是使物体运动的原因",作为哲学观点也是无可厚非的,如果也能用数学建立起来一套理论那么也可以认为是“正确”的,但是为什么它干不过"力是使物体运动状态改变的原因",<原理>里面也有提及,就是能有简单解释的不用复杂的,能用少数原因解释的不用更多原因解释。也就是说,您的三次导数不如一次导数的简单(至少目前还是这样)。

          在俺看来,哲学不是用来解释什么东西的,至少不是主要的。而反过来任何东西也不需要哲学来解释。一个正常人可能不懂哲学,但是不可能没有哲学观点。哲学只提供一种看法而已,包括不信任何哲学的看法本身,也是一种看法,因此也是哲学。

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