经典力学中两条路线的斗争 精选

经典力学中两条路线的斗争 精选

已有 4925 次阅读 2013-10-21 17:18 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记| 力学, 经典

 

      经典力学的发展历史告诉我们,对力学基本原理的争论还没有结束。而且,从本质上看也许是永远不会结束。

      这与我们头脑中被灌输的“经典力学是如何如何完美的”概念矛盾,是不谐和的声音。

      这个经典力学已经完美化了的声音本身就是力学界吹捧自身的学科理论而造成的,也是由经典力学取得的巨大的、无与抡比的、社会共识的成就所证明了的。

      在这样强大的事实面前,如果一个力学家说:经典力学有基础性问题(不完善),那这个力学家是几乎注定被看成是反科学的伪学者,从而被现实的科学界抛弃。

      但是,互联网的存在使得这一小批的力学家的声音能够被世人所听到,而有关的历史档案内容也会不断的被泻漏出去。

      根据泄漏出来的信息,本博文把经典力学中两条路线的斗争整理出来。原始文献是“Zhilin, P. A. Advanced Problems in Mechanics, Saint Petersburg, 2006” .

      第一条道路:在牛顿力学建立后,以1717年为标志,把牛顿力学作为力学的第一性原理。

1732—1755年间,欧拉把牛顿力学用微分方程语言写了出来,并在1776年完成了欧拉力学的完整形式。由于其逻辑性上的简洁性,1752年后,欧拉力学取得了第一性原理的地位。

欧拉力学的主要补充是对刚体转动的力学理论。但是,这个转动理论是有局限性的。这个局限性所埋下的祸根使得到了1925年,欧拉力学失去了第一性原理的地位。经典力学的原理回归到以牛顿力学为第一性原理。

第一条道路的旁路:把麦克斯韦的电磁场理论作为第一性原理,但是,它一直就没被看成是第一性原理。此后的量子力学作为第一性原理代被提出了。认可性也不是太高。

真正对第一性原理有发言权的是拉格让日哈密尔顿分析力学。这就是第二条道路。拉格让日力学反对欧拉力学,焦点问题在于反对欧拉力学的刚体转动运动方程。这一下子就把问题归结为:杠杆原理。

要么:拉格让日力学(分析力学)以数学上的、足够的理论推导所导出的杠杆原理是错误的?要么是欧拉力学的刚体转动理论是错误的?

      不过,只不过是到了1970S,在用张量理论重新整理欧拉力学时,理性力学家C. Truesdell 才重新的审视、理解了欧拉力学,发现其缺陷在于对连续介质一般转动的无能为力。

      但是,这个发现来的太晚了点,拉格让日哈密尔顿分析力学,以牺牲力学上的本质性(科学性、理性)为代价,以数学上的完美性,给出了一个“经典力学是完备的、封闭的”这样一个假象。

      以能量等物理概念为基础,抛弃第一条道路以动量(力)、角动量(力矩)为基础的牛顿力学体系,一个分析力学体系就建立起来了。这被看成是经典力学的第一性原理。

      这条路线的成就也是巨大的。一般称为物理学体系。而把第一条路线称为力学。

      但是,这两条道路是逻辑悖论的关系:动量(力)、角动量(力矩)的平衡并不要求系统是封闭的;而能量的平衡方程要求系统是封闭的。分析力学体系以数学上强有力的推导证明:能量的平衡方程包含了动量(力)、角动量(力矩)的平衡方程。也就是说,不封闭系统的基本运动方程能由封闭系统假设得到。

      而另一方面,力学本质上,动量(力)、角动量(力矩)的平衡并不要求能量的平衡,从而,能量守衡并不是经典力学的第一性原理。

      换句话说,分析力学体系大大的压缩了力学所包含的科学内涵,把经典力学狭隘化了。

      对连续介质一般转动的力学困难也表现在微观世界,电子自旋的力学问题。三体问题。因而,第二条道路:拉格让日哈密尔顿分析力学的失败是必然的。

      但是,经典力学的完美性是如此的深入人心,以至于对传统的研究对象(日常生活的世界)我们是基于对经典力学的完备性(无条件的)的信仰来研究力学。

      这样的力学是注定没有出路的,将逐步的退出教学课程、科研项目之中。看看20世纪下1/4叶的现实就可以确性这点。

      PAZhilin 的基本观点就是:经典力学并不是完美无缺的,需要扩充。而在此之前,必须放弃的是:拉格让日哈密尔顿分析力学的那种数学唯美主义。和经典力学已经无可研究的那种狭隘的完美论(登峰造极论)。

      注:1960SC. Truesdell 由一般运动张量F引出转动张量R的形式F=UR=RV

             1980S,陈至达由一般运动张量F引出转动张量R的形式F=S+R

             1990SP. A. Zhilin 由一般转动角矢量Q引出转动张量R的形式(与陈至达的公式相同,但形式上有扩充)

             2010S,理论物理界推荐:R=AB Clifford几何代数)

      这基本上是一条逻辑上连续发展的路线。

 

 

 

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