物理中力的本质是什么?
力的本质,是个重大/疑难问题。甚至,究竟要不要“力”这个概念,都成了物理界的一大困惑与悬疑。我看,这是一种乱象,或源于量子力学的数学唯心主义。
下面,我先反驳某些学者主张“力的概念是多余的”之谬论;然后,就“力的本质”,给出我的物理分析与答案。
一,力的定义与分类。
按最权威《辞海》的两个定义:①力是物质之间的相互作用。②力是使物体获得加速度或者发生形变的作用。力的分类,按这两个定义走,比较靠谱。其它什么分类,由它去吧。
定义①的力,是固有微观运动生产的非接触力、场力,我把她称之为“內源力”。內源力有两类:一是长程力(long range force),如万有引力/重力、电磁力、地磁力。二是短程力(short range force)。如:重子强引力(r=微纳米级,10^-15)、轻子弱引力(r=分纳米级,10^-10)、分子弱引力(r=厘纳米级,10^-11)。r是作用距离。
定义②的力,是导致宏观运动效果的接触力、致变力,我把她称之为“外源力”。如中学教科书所言,外源力有三要素:力的方向、力的大小、力的作用点(接触)。诸如:摩擦力、弹力(如压力,张力)、推压力、拉伸力、应力、冲击力、浮力、牵引力。
二 ,力的概念的必要性。
国际单位制的基本单位有牛(N),但力是导出概念:F=ma, mg, kmΔx, Gmm'/r², kqq'/r²。时间与电流,也是导出概念。皆列为基本单位,只是权宜之计,因为太常用,而与它们是否真实存在,没关系。
注意:只有“物质形态”才是客观存在。例如:暗物质、中微子、电子、质子、原子、分子、地球。而“物质属性”,即物理参量,都是“意识形态”,是人类认知物质理性的工具。例如:时间、尺度、位移、维度(各种坐标系的坐标轴)、质量、能量、动量、力、功、速度、波长、频率。
由此可见,主张“取消力的概念”,是极不明智的,也会导致经典理论的混乱。
三,内源力的本质。
任何孤体,大致分为微观量子与宏观天体,皆作螺旋式绕轨之波动与自旋之振动。正常的孤体,都是旋转振子。因为旋转,而产生向心力、发射角动量波、或引力波、或低频电磁波,形成所谓的引力场、产生引力透镜。这是內源力的发生机制。
由此可见:內源力的表现是“互不接触”。如果真的接触了,r=0,那么万有引力会无穷大,显然不可能。內源力的本质是向心力交错、电磁波纠缠。物质运动,是产生內源力的根源。这在大学物理教科书中,没有交代。当然,学术界也不清楚。
万有引力,是所有正常电子核子向心力的综合表现。电磁力,是加速电荷螺线运动向心力的综合表现。地磁力,是大量铁钴镍粒子(特殊物质)向心力的综合表现。其余类推。我认为,经典力学的向心力法则,一样适用于微观层面!
四,外源力的本质。
外源力,与內源力恰恰相反,其特征是“互相接触”。外源力,是导致物体运动的根源。这正是中学物理教科书的那个说法。
外源力接触的方式有三类:①长时接触, 如大气压力、静摩擦力、热应力。②短时接触,如碰撞力、冲击力。③断续接触,如滑动摩擦力。
外源力接触的后果有两类:①使受力物体“变形”,作为范体模型:如静摩擦力、绳索拉力、表面张力。②使受力物体运动,作为刚体模型:如滑动摩擦力、转动力矩。
重要的是:施力物体与受力物体,同时变形,同时运动,其动机是牛顿第三定律。
可以有两种变形模式:①塑性变形,是粒子结构的绝对错位。②弹性变形,是粒子结构的相对错位。
由此可见,外源力的本质是:通过物体间的接触,导致微观结构的错位。