万有引力对不对?牛顿的理论是不是正确的
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发布时间：2022-04-29 03:09
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时间：2023-10-08 21:49
牛顿与爱因斯坦的对话有些人会嘀咕：牛顿与爱因斯坦怎么可能对话！牛顿生于1643年，死于1727年，爱因斯坦生于1879年，死于1955年，中间隔了约一百五十年。如果要当成真人的对话，当然是不可能，不过，如果从哲学的角度来看，就科学教育的意义来看，作这样的一个讲演还是可以的。虽然他们两个人没有碰过头，但他们两个人的思想是可以交会的。今天，我们就是以超越时空的方式来看他们两人思想的交会，希望借对话的方式，将两人思想的异同表现出来，其间自然也蕴含了一些深意。两位对话的主角也不妨可视为两个普通人的名字，一位不懂相对论，一位懂相对论。这算是一种新的尝试。 各位知道牛顿与爱因斯坦两位，均是鼎鼎有名的物理学家、哲学家。在物理学界自始以来，假定你要选出三位所谓「零级」的大师，无疑伽利略、牛顿与爱因斯坦要中选，他们都是在整个科学发展史上极顶重要的人物。今天对话的两位主角就是三位零级大师中的两位。 绝对时间与空间 牛：在我的「自然哲学的数学原理」（案：这是牛顿的经典名著，出版于1687年）之中，我是这样子写的： 时间、空间、位置和运动，是每一个人都知道的名词，我不必定义。但是要说明，凡人把这些量只想作可感触物体之间的关系，因而有一些偏见；为了消除起见，有需要将它们分别为绝对的与相对的，真实的与表观的，数学的与日常的。 一﹑所谓绝对的、真实的、数学的时间，自己且本性地均匀地流下去，与外在无关。 …至于相对的、表观的与日常的时间，是对于绝对时间的感官与外在的度量，根据物体运动而估计；不管是精确或是不精确，平常却被用来取代真实的时间，例如一小时、一天、一月、一年。 ……所有的运动可以加速、减速，但绝对时间不能被改变。 二﹑绝对的空间，根据其本性，且与外在无关，一定保持同样，且不能移动。相对空间是对绝对空间的一种可移动的度量，由我们的感官依照它自己与其他物体的位置来决定，通常也被认作不动的绝对空间。 三﹑绝对运动是从一绝对位置移往另一绝对位置，相对运动系从一相对位置移往另一相对位置。 爱：首先澄清一下你所说的话，请问你所讲的空间是几度？ 牛：三度，也就是说需要而且只需要三个互相独立的量，来描述一个东西的位置。 爱：请问时间是几度。 牛：那当然是一度了，到处的时间都以同样的速率流下去。但时间与空间还有一个不同处，那就是有方向性，由过去流往将来，不能够回头。 爱：好，我就将你所讲的时空结构，以一个坐标图来表示。为简单起见，这个图上省略了空间的一度，只标示出两度空间和一度时间（见图一）。 x轴y轴表空间的坐标轴，t轴表时间轴。根据你的说法，任何时间对应一个空间平面。时间t1时平面上的一个图样，到了时间t2，就演变成另一个样子。我们可以想像在每一时间，都为这个世界照一张相片，把所有的相片都按时间顺序叠起来，就成为整个的宇宙。 牛：可以这么说。 爱：因此你讲的绝对的空间，是一个无限大的，没有边的、平坦的、均匀的、均向的，且没有洞的空间。你所说的绝对的时间也是均匀的，与位置无关的，与运动无关的，但是有方向性的。 牛：不错。 爱：那你刚刚所谓「数学的」又是什么意思？你用的是什么数学？ 牛：我用的当然是欧几里得（Euclid, 300BC）几何。 （案：初中时所学的平面几何就是最简单的欧氏几何）。欧氏几何有几个重要的公理：一﹑两点之间一定可以连一直线；二﹑直线是两点之间最短的路径；三﹑过一点可以画另一直线的平行线，且只有一条。 爱：你为什么要用欧几里得几何呢？ 牛：欧几里得几何有一套严密的证明系统，已经发展了二千年了，大家都认为没有问题。 爱：这算不算是先验的（案：先于经验的）假设？ 牛：当然是的，但任何理论都要有一些先验的假设作为出发点，否则无法建立理论。 爱：你又怎么知道这些假设是对的呢？ 牛：第一，刚才已经讲过，欧氏几何已经成为每个人学习的圭臬；第二，我根据欧氏几何以及三大运动定律、万有引力定律完整的解释了地面及行星的各种运动；第三，不只是我，即使比我稍后的德国大哲学家康德（I. Kant, 1724～1804年）就讲得很清楚，有一些知识是综合先验的，而且是必需的，否则无法谈其他。那些是先验的呢？康德特别指出欧几里得几何、绝对时间、因果律、动量守恒这几个。所以说，康德也支持了我。整个十九世纪一大票的哲学家都如是说。 速度的向量加成法 爱：这暂且不谈。你提到力学中出名的三大定律。第一定律中，你说，物体如不受外力，静者恒静，动者恒以其速直线运动，是不是指在绝对空间里的情形。 牛：在绝对空间里当然是这个样子，但是这个定律适用于任何惯性系统。绝对空间是一个惯性系统，但任何以均匀速度相对于绝对空间运动的系统都是一个惯性系统。各种力学定律在不同惯性系统里都具不变性。大家管这一性质叫做「相对性原理」，其实顾名思不了义，是早在伽利略（Galileo Galilei，1564～1642年）时就提出的观念。 爱：在惯性系统中，是否有速度相加的定律？把速度当成向量，然后依向量加成法相加。 牛：正是。这是我的时空中的当然结果。 爱：于是如果一辆火车以v的速度相对于地面前进，在车头上有人向前开*，子弹相对于*的速度是u，则在地面上测量这颗子弹的速度就是v＋u了，是不是？ 牛：当然。 爱：假如这个人拿的是「雷射*」，发出一道光来，光速为c，请问速度的加法定律是否还对？也就是说，地面测量光速为v＋c。是吗？ 牛：是的。但光速好像很快。以前伽利略就尝试测量光速。他请一位朋友到另外一个山头去，自己则站在这一个山头，两人各持一盏灯，灯前有个罩子，拉开灯罩就放出光来。事前，两个人先在面前熟练技巧，然后分开。伽利略拉开灯罩，当他的朋友看到灯光后也拉开灯罩，让伽利略测量光来回所需的时间。结论是光太快，测不到有限的速度。我以为光速既然很大──甚至还可能是无穷大，很大的一个数加上v，还是很大的一个数，我们不会感觉差异。你问的问题好像没有多大意思。 爱：你这就有所不知了。十九世纪里好多人已经设计了各种方法测量光速，先是从天文的观测，然后是在地面利用机械方法。现在已经知道得很清楚，光速非无限大，而是约每秒三十万公里。到了1887年，迈克生（A. Michelson, 1852～1931年）与摩利（E. Morley, 1838～1923年）两人做了一个实验，结果发现对光而言，速度的向量加成法不对。 牛：不会吧！光速很大，实验不容易做，能确定吗？ 爱：能！这一实验设计非常精密，是利用光波的干涉效应。主张光的微粒说的你当然是不会知道的。在干涉仪改变方向时，根据你的速度相加关系，干涉条纹应该会有迁移，但是实验上没有得到，可见你的推论一定是出了什么问题。 牛：假如光是波动，是什么波呢？ 爱：马克士威（JC Maxwell,1831～1879年）已经说了，光是电磁波，这也有很多的实验支持。 牛：电磁学不是力学。也许刚刚那个速度加法只适用于力学，对电磁学不适用。 爱：如果真如你所说，那么这个世界就太不美了。我相信所有的物理定律，不管是力学的还是电磁学的，应该建立在同样的基础之上。就好像相对性原理应该适用于任何物理定律：你在一等速运动的火车里打篮球的感觉，与在地面打篮球的感觉应该是相同的；你在火车里做电磁学实验所得到的定律也应该与地面所得的电磁学定律一样。而现在既然速度的向量加成法出了问题，你对时空的先验假设就一定有了差错。我仔细想过这一问题。为了要解决迈克生与摩利实验所产生的问题，其实只要在相对性原理之外再加上一个新的假设──就是光速是绝对的，与观测者的运动无关，就行了。光速既然是绝对的，迈克生干涉仪中的条纹就不会因仪器改变方向而迁移。 牛：你的意思是说，如果火车上的人向前发射一道光，地面上的人测量光速，仍然不变，不管火车的速度有多快？ 狭义相对论 爱：你说得对！根据光速恒定这一假设，绝对时间这一观念就有了问题。让我用一个思想实验（thought experiment）来说明（请看图二）：有一列高速前进的火车行经月台，其*处站着一位列车长。月台上也站着一位月台长。月台长忽然同时看到车头车尾各有甲、乙两人跳下车来，而事后测量发现两人跳下来的位置与他等距离，他的推理自然是两人同时跳了下来。然而，列车长的看法就不同了。戏剧化一点说，假如甲、乙两人跳下时各放出一闪光，我们刚刚假设光速是绝对的，亦即在列车长的系统里光速仍然不变，列车长向着甲的光源移动而逐渐远离乙的光源，因此甲光源的光会比乙光源的光早到达列车长的眼中。列车长既然站在火车*，他的推理自然是甲比乙先跳下车。总结一句话：月台系统认为同时发生的两件事，列车系统不会认为是同时的；反过来说，列车系统认为同时发生的两件事，月台系统也不会认为是同时的。同时性是相对的！与参考系统有关。 牛：真是难以相信，但你的推论的先决假设是：光速有限，且是宇宙中最快的速度。现在假若宇宙中有速度大过光速者，甚至瞬间传递的媒介，你的推论是否要改变？ 爱：有没有这样的东西呢？ 牛：不知道，也许有！ 爱：既然是不知道，那就免谈！到现在为止我们并没有发现超光速的传递讯号。时间的对准是一定要利用讯号的，否则就没有意义。光速既然是绝对的，是一自然界的常数，自有其绝对的意义，任何有关时间的测量自应利用光来做。我做了光速是绝对的这一假设之后，不止迈克生的实验，其他许多实验上的疑难也自然迎刃而解。 牛：你有一整套的理论吗？ 爱：那当然有。我发现如果改用罗伦兹（H.Lorentz, 1853～1928年）变换式取代与速度的向量加成法有关的伽利略转换式，就能把不同惯性系统间的现象联系起来，而所有的力学与电磁学定律都具不变性。 牛：可否将一些重要的推论告诉我。 爱：从罗伦兹变换可以推论出：「长度缩短」、「时间膨胀」、质量随速度之增大而增大，质能互变等等结论。 牛：长度会缩短？ 爱：如果一辆车以高速前进，地面上的人想量它的长度，你说，该怎样量？ 牛：等它停下来，上去量就可以了。 爱：我是问车子走的时候量它的长度。 牛：那么跳上去量。 爱：你没听清楚我的问题，我问的是在车子走而人静止在地面的情况下。 牛：这就难了。但你何必问这个问题呢？车子的长度假设原来是L0，现在当然还是L0。 爱：你这就是想当然耳了！你没有量，怎么能武断地认定车子的长度不变呢？这不是正确的科学态度。我认为在建立物理理论时，谈到任何物理量都必须附带说明它的测量方法，这叫做操作定义原则，例如刚才我已经强调过，谈到时间的对准，必须用光来传递信号。如果不说明如何测量，则这一量就没有物理意义（注）。拿刚才行进中的车子的长度这一例子来说，你若不先想出一个操作定义的法子，就不应该给答案。 牛：那你可有操作定义的法子？ 爱：定义的法子很多，比较自然的是下面这样的定义：一个人是无法量行进的车子的长度的，我必须请我的同伴来帮忙。多少同伴呢？无穷多个。我们站成一列，与车行的方向平行，然后对准大家手上的表。事先约好某一定的时刻，例如十二点正，要求在那个时刻与车头车尾各自正对的那两个同伴举起手来，暂时不要放下。然后再好好地测量这两人之间的距离，这就是运动中车子的长度了。 牛：嗯！听起来蛮合理的。但是这样量出来的长度难道会改变？ 爱：正是！根据我的推论，这样量出来的长度会缩短：，v是车子的速度。 牛：（沉思一会儿）一定有问题！你当然会同意，运动是相对的。地面上的人看车子在运动，车子上的人看地面也在运动，速率相同，只是方向相反而已。设想地面和车上各有一把尺相擦而过，则照你的说法，地面的人认为车上的尺缩短，车上的人认为地面的尺缩短，这不是矛盾吗？小孩子都能看出其中的谬误。 爱：你的结论下得太快。你不应认定有矛盾（contradiction），顶多能说这里有个吊诡（paradox），但这个吊诡很容易解决。问题出在你仍然活在你自己假设的时空里面。我前面不是说过了吗？同时性是相对的。地面量车上的尺用的是地面的同时性观念，车上量地面的尺用的是车上的同时性观念。这两个同时性观念不同，自然容许各说各话。无矛盾可言。 牛：高明！但是你这一推论可有实验支持？我怀疑。 理论与实验 爱：我刚才所说仍停留在「思想实验」的阶段。你知道这方面我是最拿手的。思想实验是物理理论在推论过程中的重要步骤。其实这也不是我的发明，伽利略在建立无阻落体理论时就经过了严密的思想实验这一步骤。说到实际的验证，则显然不容易。普通的速度下，缩短效果不显著，当车子速度达到光速的十分之一时，缩短的比例也才只有0.5％。而车子的速度又怎能接近光速呢？以现代的技术及材料而言，太空船加速顶多也只能达到光速的千分之一。再说，若真接近光速，刚才讲的测量方法也做不到，事实上我也找不到那么多的朋友。所以的确我承认，「长度缩短」这件事无法有直接证据。话说回来，一个理论如果没有实验的支持就不能成立，「长度缩短」虽没有直接证据，却有间接的证据。 牛：愿闻一二。 爱：日常所遇到的东西无法加速到接近光速，但高能物理实验中，很轻易能把粒子加速到接近光速。你知道，有些种的基本粒子会衰变。假设有一种粒子的生命期为T0，也就是说，当它静止时，经过时间T0后会变成其他种粒子；然而当它以高速前进时，我们不难发现它走的距离比根据生命期T0所预测的要长。对这件事可以有两种看法：第一种法是在静止系统看，行进粒子的生命期变长了，根据的是
这一公式，这叫做「时间膨胀」，也是我的推论之一。第二种看法是跑到与粒子并进的参考系统去看，则地面相对于它在运动，所以地面的长度在它而言已经缩短，它自己的生命期仍然不变；换句话说，高速运动的粒子有「缩地功」。 「时间膨胀」与「长度缩短」事实上都是罗伦兹变换的必然结果，是一体的两面。所以说，「长度缩短」虽无直接的证据，有坚强的间接证据。 牛：的确是间接证据！即使就「时间膨胀」这一结论而言，我也必须指出，你说的实验证据也是间接的。所谓基本粒子的生命期并不是指一个粒子的生命期，是吧！你观察一大堆粒子，然后作平均；只能说，你得到了统计性的「时间膨胀」的证据。 爱：你说得有道理。但是我有整套的理论，其他推论还有很多。虽然有些推论无法有直接的证据，另外一些推论却都已有了实验支持，例如质量随速度增大，质能互换公式……等等。再说，唯有我的理论可以同时解释光行差（stellar aberration）的天文观测、菲左（Fizeau）的实验、艾利（Airy）的实验以及迈克生－摩利实验。现代用雷射光及精密仪器的各种实验也都支持我，你还有什么话说？你能找到另外一套更好的理论来解释这么多现象吗？ 牛：我的确是落伍了。但你也不能说你的理论是真理，对不对？ 爱：当然。实验只能检验（verify）一个理论，排斥了对的理论，却永远无法「证明」（prove）一个理论。我现在能说的是：实验已经排斥了根据你对时空先验假说所推出的那套「牛顿力学」理论体系。 牛：（很沮丧地）可是我的力学是多么有用！从苹果落地问题到月球绕地球、地球绕太阳等等问题，我的力学不都应用得好好的？连阿姆斯壮登陆月球的壮举都是根据我的力学做成的！ 爱：我没有说你的力学没用！然而任何理论都有它的适用范围与条件。在速度比光速小很多的情况，也就是日常生活的情况下，你的理论的确很好而且有用，所以你也不必太沮丧。只是，我的理论适用的范围更广，除了速度小的情况，也能适用速度接近光速的情况。换句话说，我的理论涵盖你的理论。在我的理论里，当速度小时，也能导出你的理论。这表示我并没有推翻你，只是包容你。物理学的发展应如是，新的理论一定要与旧的已建立的理论相对应，这就叫做「对应原理」。 （待续） 注：目前中小学的科学教材里，「操作型定义」这一名词非常时髦。必须指出：第一，这些教材里所说的「操作」是指真正做实验，与爱因斯坦的操作乃指理论里的「思想实验」的操作意义不相同。如果有人以为相同，那是误解。第二，像这样的高级名词，并不见得合适教给中小学学生。
热心网友
时间：2023-10-08 21:50
哈哈，那当然，很多科学字都是用这个定理来寻找太阳系中的行星的呢，还要，牛顿的那本书《自然哲学的数学原理》很好看的哦，有空去看看吧！
热心网友
时间：2023-10-08 21:50
牛顿的理论在宏观低速的情况下是对的但在微观高速的情况下就不对了
热心网友
时间：2023-10-08 21:51
是正确的，但是有适用范围，只适用于低速宏观情况
热心网友
时间：2023-10-08 21:49
牛顿与爱因斯坦的对话有些人会嘀咕：牛顿与爱因斯坦怎么可能对话！牛顿生于1643年，死于1727年，爱因斯坦生于1879年，死于1955年，中间隔了约一百五十年。如果要当成真人的对话，当然是不可能，不过，如果从哲学的角度来看，就科学教育的意义来看，作这样的一个讲演还是可以的。虽然他们两个人没有碰过头，但他们两个人的思想是可以交会的。今天，我们就是以超越时空的方式来看他们两人思想的交会，希望借对话的方式，将两人思想的异同表现出来，其间自然也蕴含了一些深意。两位对话的主角也不妨可视为两个普通人的名字，一位不懂相对论，一位懂相对论。这算是一种新的尝试。 各位知道牛顿与爱因斯坦两位，均是鼎鼎有名的物理学家、哲学家。在物理学界自始以来，假定你要选出三位所谓「零级」的大师，无疑伽利略、牛顿与爱因斯坦要中选，他们都是在整个科学发展史上极顶重要的人物。今天对话的两位主角就是三位零级大师中的两位。 绝对时间与空间 牛：在我的「自然哲学的数学原理」（案：这是牛顿的经典名著，出版于1687年）之中，我是这样子写的： 时间、空间、位置和运动，是每一个人都知道的名词，我不必定义。但是要说明，凡人把这些量只想作可感触物体之间的关系，因而有一些偏见；为了消除起见，有需要将它们分别为绝对的与相对的，真实的与表观的，数学的与日常的。 一﹑所谓绝对的、真实的、数学的时间，自己且本性地均匀地流下去，与外在无关。 …至于相对的、表观的与日常的时间，是对于绝对时间的感官与外在的度量，根据物体运动而估计；不管是精确或是不精确，平常却被用来取代真实的时间，例如一小时、一天、一月、一年。 ……所有的运动可以加速、减速，但绝对时间不能被改变。 二﹑绝对的空间，根据其本性，且与外在无关，一定保持同样，且不能移动。相对空间是对绝对空间的一种可移动的度量，由我们的感官依照它自己与其他物体的位置来决定，通常也被认作不动的绝对空间。 三﹑绝对运动是从一绝对位置移往另一绝对位置，相对运动系从一相对位置移往另一相对位置。 爱：首先澄清一下你所说的话，请问你所讲的空间是几度？ 牛：三度，也就是说需要而且只需要三个互相独立的量，来描述一个东西的位置。 爱：请问时间是几度。 牛：那当然是一度了，到处的时间都以同样的速率流下去。但时间与空间还有一个不同处，那就是有方向性，由过去流往将来，不能够回头。 爱：好，我就将你所讲的时空结构，以一个坐标图来表示。为简单起见，这个图上省略了空间的一度，只标示出两度空间和一度时间（见图一）。 x轴y轴表空间的坐标轴，t轴表时间轴。根据你的说法，任何时间对应一个空间平面。时间t1时平面上的一个图样，到了时间t2，就演变成另一个样子。我们可以想像在每一时间，都为这个世界照一张相片，把所有的相片都按时间顺序叠起来，就成为整个的宇宙。 牛：可以这么说。 爱：因此你讲的绝对的空间，是一个无限大的，没有边的、平坦的、均匀的、均向的，且没有洞的空间。你所说的绝对的时间也是均匀的，与位置无关的，与运动无关的，但是有方向性的。 牛：不错。 爱：那你刚刚所谓「数学的」又是什么意思？你用的是什么数学？ 牛：我用的当然是欧几里得（Euclid, 300BC）几何。 （案：初中时所学的平面几何就是最简单的欧氏几何）。欧氏几何有几个重要的公理：一﹑两点之间一定可以连一直线；二﹑直线是两点之间最短的路径；三﹑过一点可以画另一直线的平行线，且只有一条。 爱：你为什么要用欧几里得几何呢？ 牛：欧几里得几何有一套严密的证明系统，已经发展了二千年了，大家都认为没有问题。 爱：这算不算是先验的（案：先于经验的）假设？ 牛：当然是的，但任何理论都要有一些先验的假设作为出发点，否则无法建立理论。 爱：你又怎么知道这些假设是对的呢？ 牛：第一，刚才已经讲过，欧氏几何已经成为每个人学习的圭臬；第二，我根据欧氏几何以及三大运动定律、万有引力定律完整的解释了地面及行星的各种运动；第三，不只是我，即使比我稍后的德国大哲学家康德（I. Kant, 1724～1804年）就讲得很清楚，有一些知识是综合先验的，而且是必需的，否则无法谈其他。那些是先验的呢？康德特别指出欧几里得几何、绝对时间、因果律、动量守恒这几个。所以说，康德也支持了我。整个十九世纪一大票的哲学家都如是说。 速度的向量加成法 爱：这暂且不谈。你提到力学中出名的三大定律。第一定律中，你说，物体如不受外力，静者恒静，动者恒以其速直线运动，是不是指在绝对空间里的情形。 牛：在绝对空间里当然是这个样子，但是这个定律适用于任何惯性系统。绝对空间是一个惯性系统，但任何以均匀速度相对于绝对空间运动的系统都是一个惯性系统。各种力学定律在不同惯性系统里都具不变性。大家管这一性质叫做「相对性原理」，其实顾名思不了义，是早在伽利略（Galileo Galilei，1564～1642年）时就提出的观念。 爱：在惯性系统中，是否有速度相加的定律？把速度当成向量，然后依向量加成法相加。 牛：正是。这是我的时空中的当然结果。 爱：于是如果一辆火车以v的速度相对于地面前进，在车头上有人向前开*，子弹相对于*的速度是u，则在地面上测量这颗子弹的速度就是v＋u了，是不是？ 牛：当然。 爱：假如这个人拿的是「雷射*」，发出一道光来，光速为c，请问速度的加法定律是否还对？也就是说，地面测量光速为v＋c。是吗？ 牛：是的。但光速好像很快。以前伽利略就尝试测量光速。他请一位朋友到另外一个山头去，自己则站在这一个山头，两人各持一盏灯，灯前有个罩子，拉开灯罩就放出光来。事前，两个人先在面前熟练技巧，然后分开。伽利略拉开灯罩，当他的朋友看到灯光后也拉开灯罩，让伽利略测量光来回所需的时间。结论是光太快，测不到有限的速度。我以为光速既然很大──甚至还可能是无穷大，很大的一个数加上v，还是很大的一个数，我们不会感觉差异。你问的问题好像没有多大意思。 爱：你这就有所不知了。十九世纪里好多人已经设计了各种方法测量光速，先是从天文的观测，然后是在地面利用机械方法。现在已经知道得很清楚，光速非无限大，而是约每秒三十万公里。到了1887年，迈克生（A. Michelson, 1852～1931年）与摩利（E. Morley, 1838～1923年）两人做了一个实验，结果发现对光而言，速度的向量加成法不对。 牛：不会吧！光速很大，实验不容易做，能确定吗？ 爱：能！这一实验设计非常精密，是利用光波的干涉效应。主张光的微粒说的你当然是不会知道的。在干涉仪改变方向时，根据你的速度相加关系，干涉条纹应该会有迁移，但是实验上没有得到，可见你的推论一定是出了什么问题。 牛：假如光是波动，是什么波呢？ 爱：马克士威（JC Maxwell,1831～1879年）已经说了，光是电磁波，这也有很多的实验支持。 牛：电磁学不是力学。也许刚刚那个速度加法只适用于力学，对电磁学不适用。 爱：如果真如你所说，那么这个世界就太不美了。我相信所有的物理定律，不管是力学的还是电磁学的，应该建立在同样的基础之上。就好像相对性原理应该适用于任何物理定律：你在一等速运动的火车里打篮球的感觉，与在地面打篮球的感觉应该是相同的；你在火车里做电磁学实验所得到的定律也应该与地面所得的电磁学定律一样。而现在既然速度的向量加成法出了问题，你对时空的先验假设就一定有了差错。我仔细想过这一问题。为了要解决迈克生与摩利实验所产生的问题，其实只要在相对性原理之外再加上一个新的假设──就是光速是绝对的，与观测者的运动无关，就行了。光速既然是绝对的，迈克生干涉仪中的条纹就不会因仪器改变方向而迁移。 牛：你的意思是说，如果火车上的人向前发射一道光，地面上的人测量光速，仍然不变，不管火车的速度有多快？ 狭义相对论 爱：你说得对！根据光速恒定这一假设，绝对时间这一观念就有了问题。让我用一个思想实验（thought experiment）来说明（请看图二）：有一列高速前进的火车行经月台，其*处站着一位列车长。月台上也站着一位月台长。月台长忽然同时看到车头车尾各有甲、乙两人跳下车来，而事后测量发现两人跳下来的位置与他等距离，他的推理自然是两人同时跳了下来。然而，列车长的看法就不同了。戏剧化一点说，假如甲、乙两人跳下时各放出一闪光，我们刚刚假设光速是绝对的，亦即在列车长的系统里光速仍然不变，列车长向着甲的光源移动而逐渐远离乙的光源，因此甲光源的光会比乙光源的光早到达列车长的眼中。列车长既然站在火车*，他的推理自然是甲比乙先跳下车。总结一句话：月台系统认为同时发生的两件事，列车系统不会认为是同时的；反过来说，列车系统认为同时发生的两件事，月台系统也不会认为是同时的。同时性是相对的！与参考系统有关。 牛：真是难以相信，但你的推论的先决假设是：光速有限，且是宇宙中最快的速度。现在假若宇宙中有速度大过光速者，甚至瞬间传递的媒介，你的推论是否要改变？ 爱：有没有这样的东西呢？ 牛：不知道，也许有！ 爱：既然是不知道，那就免谈！到现在为止我们并没有发现超光速的传递讯号。时间的对准是一定要利用讯号的，否则就没有意义。光速既然是绝对的，是一自然界的常数，自有其绝对的意义，任何有关时间的测量自应利用光来做。我做了光速是绝对的这一假设之后，不止迈克生的实验，其他许多实验上的疑难也自然迎刃而解。 牛：你有一整套的理论吗？ 爱：那当然有。我发现如果改用罗伦兹（H.Lorentz, 1853～1928年）变换式取代与速度的向量加成法有关的伽利略转换式，就能把不同惯性系统间的现象联系起来，而所有的力学与电磁学定律都具不变性。 牛：可否将一些重要的推论告诉我。 爱：从罗伦兹变换可以推论出：「长度缩短」、「时间膨胀」、质量随速度之增大而增大，质能互变等等结论。 牛：长度会缩短？ 爱：如果一辆车以高速前进，地面上的人想量它的长度，你说，该怎样量？ 牛：等它停下来，上去量就可以了。 爱：我是问车子走的时候量它的长度。 牛：那么跳上去量。 爱：你没听清楚我的问题，我问的是在车子走而人静止在地面的情况下。 牛：这就难了。但你何必问这个问题呢？车子的长度假设原来是L0，现在当然还是L0。 爱：你这就是想当然耳了！你没有量，怎么能武断地认定车子的长度不变呢？这不是正确的科学态度。我认为在建立物理理论时，谈到任何物理量都必须附带说明它的测量方法，这叫做操作定义原则，例如刚才我已经强调过，谈到时间的对准，必须用光来传递信号。如果不说明如何测量，则这一量就没有物理意义（注）。拿刚才行进中的车子的长度这一例子来说，你若不先想出一个操作定义的法子，就不应该给答案。 牛：那你可有操作定义的法子？ 爱：定义的法子很多，比较自然的是下面这样的定义：一个人是无法量行进的车子的长度的，我必须请我的同伴来帮忙。多少同伴呢？无穷多个。我们站成一列，与车行的方向平行，然后对准大家手上的表。事先约好某一定的时刻，例如十二点正，要求在那个时刻与车头车尾各自正对的那两个同伴举起手来，暂时不要放下。然后再好好地测量这两人之间的距离，这就是运动中车子的长度了。 牛：嗯！听起来蛮合理的。但是这样量出来的长度难道会改变？ 爱：正是！根据我的推论，这样量出来的长度会缩短：，v是车子的速度。 牛：（沉思一会儿）一定有问题！你当然会同意，运动是相对的。地面上的人看车子在运动，车子上的人看地面也在运动，速率相同，只是方向相反而已。设想地面和车上各有一把尺相擦而过，则照你的说法，地面的人认为车上的尺缩短，车上的人认为地面的尺缩短，这不是矛盾吗？小孩子都能看出其中的谬误。 爱：你的结论下得太快。你不应认定有矛盾（contradiction），顶多能说这里有个吊诡（paradox），但这个吊诡很容易解决。问题出在你仍然活在你自己假设的时空里面。我前面不是说过了吗？同时性是相对的。地面量车上的尺用的是地面的同时性观念，车上量地面的尺用的是车上的同时性观念。这两个同时性观念不同，自然容许各说各话。无矛盾可言。 牛：高明！但是你这一推论可有实验支持？我怀疑。 理论与实验 爱：我刚才所说仍停留在「思想实验」的阶段。你知道这方面我是最拿手的。思想实验是物理理论在推论过程中的重要步骤。其实这也不是我的发明，伽利略在建立无阻落体理论时就经过了严密的思想实验这一步骤。说到实际的验证，则显然不容易。普通的速度下，缩短效果不显著，当车子速度达到光速的十分之一时，缩短的比例也才只有0.5％。而车子的速度又怎能接近光速呢？以现代的技术及材料而言，太空船加速顶多也只能达到光速的千分之一。再说，若真接近光速，刚才讲的测量方法也做不到，事实上我也找不到那么多的朋友。所以的确我承认，「长度缩短」这件事无法有直接证据。话说回来，一个理论如果没有实验的支持就不能成立，「长度缩短」虽没有直接证据，却有间接的证据。 牛：愿闻一二。 爱：日常所遇到的东西无法加速到接近光速，但高能物理实验中，很轻易能把粒子加速到接近光速。你知道，有些种的基本粒子会衰变。假设有一种粒子的生命期为T0，也就是说，当它静止时，经过时间T0后会变成其他种粒子；然而当它以高速前进时，我们不难发现它走的距离比根据生命期T0所预测的要长。对这件事可以有两种看法：第一种法是在静止系统看，行进粒子的生命期变长了，根据的是
这一公式，这叫做「时间膨胀」，也是我的推论之一。第二种看法是跑到与粒子并进的参考系统去看，则地面相对于它在运动，所以地面的长度在它而言已经缩短，它自己的生命期仍然不变；换句话说，高速运动的粒子有「缩地功」。 「时间膨胀」与「长度缩短」事实上都是罗伦兹变换的必然结果，是一体的两面。所以说，「长度缩短」虽无直接的证据，有坚强的间接证据。 牛：的确是间接证据！即使就「时间膨胀」这一结论而言，我也必须指出，你说的实验证据也是间接的。所谓基本粒子的生命期并不是指一个粒子的生命期，是吧！你观察一大堆粒子，然后作平均；只能说，你得到了统计性的「时间膨胀」的证据。 爱：你说得有道理。但是我有整套的理论，其他推论还有很多。虽然有些推论无法有直接的证据，另外一些推论却都已有了实验支持，例如质量随速度增大，质能互换公式……等等。再说，唯有我的理论可以同时解释光行差（stellar aberration）的天文观测、菲左（Fizeau）的实验、艾利（Airy）的实验以及迈克生－摩利实验。现代用雷射光及精密仪器的各种实验也都支持我，你还有什么话说？你能找到另外一套更好的理论来解释这么多现象吗？ 牛：我的确是落伍了。但你也不能说你的理论是真理，对不对？ 爱：当然。实验只能检验（verify）一个理论，排斥了对的理论，却永远无法「证明」（prove）一个理论。我现在能说的是：实验已经排斥了根据你对时空先验假说所推出的那套「牛顿力学」理论体系。 牛：（很沮丧地）可是我的力学是多么有用！从苹果落地问题到月球绕地球、地球绕太阳等等问题，我的力学不都应用得好好的？连阿姆斯壮登陆月球的壮举都是根据我的力学做成的！ 爱：我没有说你的力学没用！然而任何理论都有它的适用范围与条件。在速度比光速小很多的情况，也就是日常生活的情况下，你的理论的确很好而且有用，所以你也不必太沮丧。只是，我的理论适用的范围更广，除了速度小的情况，也能适用速度接近光速的情况。换句话说，我的理论涵盖你的理论。在我的理论里，当速度小时，也能导出你的理论。这表示我并没有推翻你，只是包容你。物理学的发展应如是，新的理论一定要与旧的已建立的理论相对应，这就叫做「对应原理」。 （待续） 注：目前中小学的科学教材里，「操作型定义」这一名词非常时髦。必须指出：第一，这些教材里所说的「操作」是指真正做实验，与爱因斯坦的操作乃指理论里的「思想实验」的操作意义不相同。如果有人以为相同，那是误解。第二，像这样的高级名词，并不见得合适教给中小学学生。
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时间：2023-10-08 21:50
哈哈，那当然，很多科学字都是用这个定理来寻找太阳系中的行星的呢，还要，牛顿的那本书《自然哲学的数学原理》很好看的哦，有空去看看吧！
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时间：2023-10-08 21:50
牛顿的理论在宏观低速的情况下是对的但在微观高速的情况下就不对了
热心网友
时间：2023-10-08 21:51
是正确的，但是有适用范围，只适用于低速宏观情况
热心网友
时间：2023-10-08 21:49
牛顿与爱因斯坦的对话有些人会嘀咕：牛顿与爱因斯坦怎么可能对话！牛顿生于1643年，死于1727年，爱因斯坦生于1879年，死于1955年，中间隔了约一百五十年。如果要当成真人的对话，当然是不可能，不过，如果从哲学的角度来看，就科学教育的意义来看，作这样的一个讲演还是可以的。虽然他们两个人没有碰过头，但他们两个人的思想是可以交会的。今天，我们就是以超越时空的方式来看他们两人思想的交会，希望借对话的方式，将两人思想的异同表现出来，其间自然也蕴含了一些深意。两位对话的主角也不妨可视为两个普通人的名字，一位不懂相对论，一位懂相对论。这算是一种新的尝试。 各位知道牛顿与爱因斯坦两位，均是鼎鼎有名的物理学家、哲学家。在物理学界自始以来，假定你要选出三位所谓「零级」的大师，无疑伽利略、牛顿与爱因斯坦要中选，他们都是在整个科学发展史上极顶重要的人物。今天对话的两位主角就是三位零级大师中的两位。 绝对时间与空间 牛：在我的「自然哲学的数学原理」（案：这是牛顿的经典名著，出版于1687年）之中，我是这样子写的： 时间、空间、位置和运动，是每一个人都知道的名词，我不必定义。但是要说明，凡人把这些量只想作可感触物体之间的关系，因而有一些偏见；为了消除起见，有需要将它们分别为绝对的与相对的，真实的与表观的，数学的与日常的。 一﹑所谓绝对的、真实的、数学的时间，自己且本性地均匀地流下去，与外在无关。 …至于相对的、表观的与日常的时间，是对于绝对时间的感官与外在的度量，根据物体运动而估计；不管是精确或是不精确，平常却被用来取代真实的时间，例如一小时、一天、一月、一年。 ……所有的运动可以加速、减速，但绝对时间不能被改变。 二﹑绝对的空间，根据其本性，且与外在无关，一定保持同样，且不能移动。相对空间是对绝对空间的一种可移动的度量，由我们的感官依照它自己与其他物体的位置来决定，通常也被认作不动的绝对空间。 三﹑绝对运动是从一绝对位置移往另一绝对位置，相对运动系从一相对位置移往另一相对位置。 爱：首先澄清一下你所说的话，请问你所讲的空间是几度？ 牛：三度，也就是说需要而且只需要三个互相独立的量，来描述一个东西的位置。 爱：请问时间是几度。 牛：那当然是一度了，到处的时间都以同样的速率流下去。但时间与空间还有一个不同处，那就是有方向性，由过去流往将来，不能够回头。 爱：好，我就将你所讲的时空结构，以一个坐标图来表示。为简单起见，这个图上省略了空间的一度，只标示出两度空间和一度时间（见图一）。 x轴y轴表空间的坐标轴，t轴表时间轴。根据你的说法，任何时间对应一个空间平面。时间t1时平面上的一个图样，到了时间t2，就演变成另一个样子。我们可以想像在每一时间，都为这个世界照一张相片，把所有的相片都按时间顺序叠起来，就成为整个的宇宙。 牛：可以这么说。 爱：因此你讲的绝对的空间，是一个无限大的，没有边的、平坦的、均匀的、均向的，且没有洞的空间。你所说的绝对的时间也是均匀的，与位置无关的，与运动无关的，但是有方向性的。 牛：不错。 爱：那你刚刚所谓「数学的」又是什么意思？你用的是什么数学？ 牛：我用的当然是欧几里得（Euclid, 300BC）几何。 （案：初中时所学的平面几何就是最简单的欧氏几何）。欧氏几何有几个重要的公理：一﹑两点之间一定可以连一直线；二﹑直线是两点之间最短的路径；三﹑过一点可以画另一直线的平行线，且只有一条。 爱：你为什么要用欧几里得几何呢？ 牛：欧几里得几何有一套严密的证明系统，已经发展了二千年了，大家都认为没有问题。 爱：这算不算是先验的（案：先于经验的）假设？ 牛：当然是的，但任何理论都要有一些先验的假设作为出发点，否则无法建立理论。 爱：你又怎么知道这些假设是对的呢？ 牛：第一，刚才已经讲过，欧氏几何已经成为每个人学习的圭臬；第二，我根据欧氏几何以及三大运动定律、万有引力定律完整的解释了地面及行星的各种运动；第三，不只是我，即使比我稍后的德国大哲学家康德（I. Kant, 1724～1804年）就讲得很清楚，有一些知识是综合先验的，而且是必需的，否则无法谈其他。那些是先验的呢？康德特别指出欧几里得几何、绝对时间、因果律、动量守恒这几个。所以说，康德也支持了我。整个十九世纪一大票的哲学家都如是说。 速度的向量加成法 爱：这暂且不谈。你提到力学中出名的三大定律。第一定律中，你说，物体如不受外力，静者恒静，动者恒以其速直线运动，是不是指在绝对空间里的情形。 牛：在绝对空间里当然是这个样子，但是这个定律适用于任何惯性系统。绝对空间是一个惯性系统，但任何以均匀速度相对于绝对空间运动的系统都是一个惯性系统。各种力学定律在不同惯性系统里都具不变性。大家管这一性质叫做「相对性原理」，其实顾名思不了义，是早在伽利略（Galileo Galilei，1564～1642年）时就提出的观念。 爱：在惯性系统中，是否有速度相加的定律？把速度当成向量，然后依向量加成法相加。 牛：正是。这是我的时空中的当然结果。 爱：于是如果一辆火车以v的速度相对于地面前进，在车头上有人向前开*，子弹相对于*的速度是u，则在地面上测量这颗子弹的速度就是v＋u了，是不是？ 牛：当然。 爱：假如这个人拿的是「雷射*」，发出一道光来，光速为c，请问速度的加法定律是否还对？也就是说，地面测量光速为v＋c。是吗？ 牛：是的。但光速好像很快。以前伽利略就尝试测量光速。他请一位朋友到另外一个山头去，自己则站在这一个山头，两人各持一盏灯，灯前有个罩子，拉开灯罩就放出光来。事前，两个人先在面前熟练技巧，然后分开。伽利略拉开灯罩，当他的朋友看到灯光后也拉开灯罩，让伽利略测量光来回所需的时间。结论是光太快，测不到有限的速度。我以为光速既然很大──甚至还可能是无穷大，很大的一个数加上v，还是很大的一个数，我们不会感觉差异。你问的问题好像没有多大意思。 爱：你这就有所不知了。十九世纪里好多人已经设计了各种方法测量光速，先是从天文的观测，然后是在地面利用机械方法。现在已经知道得很清楚，光速非无限大，而是约每秒三十万公里。到了1887年，迈克生（A. Michelson, 1852～1931年）与摩利（E. Morley, 1838～1923年）两人做了一个实验，结果发现对光而言，速度的向量加成法不对。 牛：不会吧！光速很大，实验不容易做，能确定吗？ 爱：能！这一实验设计非常精密，是利用光波的干涉效应。主张光的微粒说的你当然是不会知道的。在干涉仪改变方向时，根据你的速度相加关系，干涉条纹应该会有迁移，但是实验上没有得到，可见你的推论一定是出了什么问题。 牛：假如光是波动，是什么波呢？ 爱：马克士威（JC Maxwell,1831～1879年）已经说了，光是电磁波，这也有很多的实验支持。 牛：电磁学不是力学。也许刚刚那个速度加法只适用于力学，对电磁学不适用。 爱：如果真如你所说，那么这个世界就太不美了。我相信所有的物理定律，不管是力学的还是电磁学的，应该建立在同样的基础之上。就好像相对性原理应该适用于任何物理定律：你在一等速运动的火车里打篮球的感觉，与在地面打篮球的感觉应该是相同的；你在火车里做电磁学实验所得到的定律也应该与地面所得的电磁学定律一样。而现在既然速度的向量加成法出了问题，你对时空的先验假设就一定有了差错。我仔细想过这一问题。为了要解决迈克生与摩利实验所产生的问题，其实只要在相对性原理之外再加上一个新的假设──就是光速是绝对的，与观测者的运动无关，就行了。光速既然是绝对的，迈克生干涉仪中的条纹就不会因仪器改变方向而迁移。 牛：你的意思是说，如果火车上的人向前发射一道光，地面上的人测量光速，仍然不变，不管火车的速度有多快？ 狭义相对论 爱：你说得对！根据光速恒定这一假设，绝对时间这一观念就有了问题。让我用一个思想实验（thought experiment）来说明（请看图二）：有一列高速前进的火车行经月台，其*处站着一位列车长。月台上也站着一位月台长。月台长忽然同时看到车头车尾各有甲、乙两人跳下车来，而事后测量发现两人跳下来的位置与他等距离，他的推理自然是两人同时跳了下来。然而，列车长的看法就不同了。戏剧化一点说，假如甲、乙两人跳下时各放出一闪光，我们刚刚假设光速是绝对的，亦即在列车长的系统里光速仍然不变，列车长向着甲的光源移动而逐渐远离乙的光源，因此甲光源的光会比乙光源的光早到达列车长的眼中。列车长既然站在火车*，他的推理自然是甲比乙先跳下车。总结一句话：月台系统认为同时发生的两件事，列车系统不会认为是同时的；反过来说，列车系统认为同时发生的两件事，月台系统也不会认为是同时的。同时性是相对的！与参考系统有关。 牛：真是难以相信，但你的推论的先决假设是：光速有限，且是宇宙中最快的速度。现在假若宇宙中有速度大过光速者，甚至瞬间传递的媒介，你的推论是否要改变？ 爱：有没有这样的东西呢？ 牛：不知道，也许有！ 爱：既然是不知道，那就免谈！到现在为止我们并没有发现超光速的传递讯号。时间的对准是一定要利用讯号的，否则就没有意义。光速既然是绝对的，是一自然界的常数，自有其绝对的意义，任何有关时间的测量自应利用光来做。我做了光速是绝对的这一假设之后，不止迈克生的实验，其他许多实验上的疑难也自然迎刃而解。 牛：你有一整套的理论吗？ 爱：那当然有。我发现如果改用罗伦兹（H.Lorentz, 1853～1928年）变换式取代与速度的向量加成法有关的伽利略转换式，就能把不同惯性系统间的现象联系起来，而所有的力学与电磁学定律都具不变性。 牛：可否将一些重要的推论告诉我。 爱：从罗伦兹变换可以推论出：「长度缩短」、「时间膨胀」、质量随速度之增大而增大，质能互变等等结论。 牛：长度会缩短？ 爱：如果一辆车以高速前进，地面上的人想量它的长度，你说，该怎样量？ 牛：等它停下来，上去量就可以了。 爱：我是问车子走的时候量它的长度。 牛：那么跳上去量。 爱：你没听清楚我的问题，我问的是在车子走而人静止在地面的情况下。 牛：这就难了。但你何必问这个问题呢？车子的长度假设原来是L0，现在当然还是L0。 爱：你这就是想当然耳了！你没有量，怎么能武断地认定车子的长度不变呢？这不是正确的科学态度。我认为在建立物理理论时，谈到任何物理量都必须附带说明它的测量方法，这叫做操作定义原则，例如刚才我已经强调过，谈到时间的对准，必须用光来传递信号。如果不说明如何测量，则这一量就没有物理意义（注）。拿刚才行进中的车子的长度这一例子来说，你若不先想出一个操作定义的法子，就不应该给答案。 牛：那你可有操作定义的法子？ 爱：定义的法子很多，比较自然的是下面这样的定义：一个人是无法量行进的车子的长度的，我必须请我的同伴来帮忙。多少同伴呢？无穷多个。我们站成一列，与车行的方向平行，然后对准大家手上的表。事先约好某一定的时刻，例如十二点正，要求在那个时刻与车头车尾各自正对的那两个同伴举起手来，暂时不要放下。然后再好好地测量这两人之间的距离，这就是运动中车子的长度了。 牛：嗯！听起来蛮合理的。但是这样量出来的长度难道会改变？ 爱：正是！根据我的推论，这样量出来的长度会缩短：，v是车子的速度。 牛：（沉思一会儿）一定有问题！你当然会同意，运动是相对的。地面上的人看车子在运动，车子上的人看地面也在运动，速率相同，只是方向相反而已。设想地面和车上各有一把尺相擦而过，则照你的说法，地面的人认为车上的尺缩短，车上的人认为地面的尺缩短，这不是矛盾吗？小孩子都能看出其中的谬误。 爱：你的结论下得太快。你不应认定有矛盾（contradiction），顶多能说这里有个吊诡（paradox），但这个吊诡很容易解决。问题出在你仍然活在你自己假设的时空里面。我前面不是说过了吗？同时性是相对的。地面量车上的尺用的是地面的同时性观念，车上量地面的尺用的是车上的同时性观念。这两个同时性观念不同，自然容许各说各话。无矛盾可言。 牛：高明！但是你这一推论可有实验支持？我怀疑。 理论与实验 爱：我刚才所说仍停留在「思想实验」的阶段。你知道这方面我是最拿手的。思想实验是物理理论在推论过程中的重要步骤。其实这也不是我的发明，伽利略在建立无阻落体理论时就经过了严密的思想实验这一步骤。说到实际的验证，则显然不容易。普通的速度下，缩短效果不显著，当车子速度达到光速的十分之一时，缩短的比例也才只有0.5％。而车子的速度又怎能接近光速呢？以现代的技术及材料而言，太空船加速顶多也只能达到光速的千分之一。再说，若真接近光速，刚才讲的测量方法也做不到，事实上我也找不到那么多的朋友。所以的确我承认，「长度缩短」这件事无法有直接证据。话说回来，一个理论如果没有实验的支持就不能成立，「长度缩短」虽没有直接证据，却有间接的证据。 牛：愿闻一二。 爱：日常所遇到的东西无法加速到接近光速，但高能物理实验中，很轻易能把粒子加速到接近光速。你知道，有些种的基本粒子会衰变。假设有一种粒子的生命期为T0，也就是说，当它静止时，经过时间T0后会变成其他种粒子；然而当它以高速前进时，我们不难发现它走的距离比根据生命期T0所预测的要长。对这件事可以有两种看法：第一种法是在静止系统看，行进粒子的生命期变长了，根据的是
这一公式，这叫做「时间膨胀」，也是我的推论之一。第二种看法是跑到与粒子并进的参考系统去看，则地面相对于它在运动，所以地面的长度在它而言已经缩短，它自己的生命期仍然不变；换句话说，高速运动的粒子有「缩地功」。 「时间膨胀」与「长度缩短」事实上都是罗伦兹变换的必然结果，是一体的两面。所以说，「长度缩短」虽无直接的证据，有坚强的间接证据。 牛：的确是间接证据！即使就「时间膨胀」这一结论而言，我也必须指出，你说的实验证据也是间接的。所谓基本粒子的生命期并不是指一个粒子的生命期，是吧！你观察一大堆粒子，然后作平均；只能说，你得到了统计性的「时间膨胀」的证据。 爱：你说得有道理。但是我有整套的理论，其他推论还有很多。虽然有些推论无法有直接的证据，另外一些推论却都已有了实验支持，例如质量随速度增大，质能互换公式……等等。再说，唯有我的理论可以同时解释光行差（stellar aberration）的天文观测、菲左（Fizeau）的实验、艾利（Airy）的实验以及迈克生－摩利实验。现代用雷射光及精密仪器的各种实验也都支持我，你还有什么话说？你能找到另外一套更好的理论来解释这么多现象吗？ 牛：我的确是落伍了。但你也不能说你的理论是真理，对不对？ 爱：当然。实验只能检验（verify）一个理论，排斥了对的理论，却永远无法「证明」（prove）一个理论。我现在能说的是：实验已经排斥了根据你对时空先验假说所推出的那套「牛顿力学」理论体系。 牛：（很沮丧地）可是我的力学是多么有用！从苹果落地问题到月球绕地球、地球绕太阳等等问题，我的力学不都应用得好好的？连阿姆斯壮登陆月球的壮举都是根据我的力学做成的！ 爱：我没有说你的力学没用！然而任何理论都有它的适用范围与条件。在速度比光速小很多的情况，也就是日常生活的情况下，你的理论的确很好而且有用，所以你也不必太沮丧。只是，我的理论适用的范围更广，除了速度小的情况，也能适用速度接近光速的情况。换句话说，我的理论涵盖你的理论。在我的理论里，当速度小时，也能导出你的理论。这表示我并没有推翻你，只是包容你。物理学的发展应如是，新的理论一定要与旧的已建立的理论相对应，这就叫做「对应原理」。 （待续） 注：目前中小学的科学教材里，「操作型定义」这一名词非常时髦。必须指出：第一，这些教材里所说的「操作」是指真正做实验，与爱因斯坦的操作乃指理论里的「思想实验」的操作意义不相同。如果有人以为相同，那是误解。第二，像这样的高级名词，并不见得合适教给中小学学生。
热心网友
时间：2023-10-08 21:50
哈哈，那当然，很多科学字都是用这个定理来寻找太阳系中的行星的呢，还要，牛顿的那本书《自然哲学的数学原理》很好看的哦，有空去看看吧！
热心网友
时间：2023-10-08 21:50
牛顿的理论在宏观低速的情况下是对的但在微观高速的情况下就不对了
热心网友
时间：2023-10-08 21:51
是正确的，但是有适用范围，只适用于低速宏观情况
