Physics 版 (精华区)

发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: §6物理学家建立了模型
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月16日07:31:24 星期五), 站内信件


              §6物理学家建立了模型

    设想系在绳子端部的一个球在你的头的上方旋转着。这
显然是十分简单的，因为这一切你都可以亲眼看到。经典物
理学恰好就是这样发展起来的：它是从对我们周围的物体和
现象的观察中发展起来的。
    试在一个光滑的水平的桌面上滚动一个球，在手的动作
停止后，即力已停止作用于球后，球仍继续运动。这一观察以
及其他类似的观察，导至牛顿阐明的惯性定律：  力学的第一
条基本定律。
    一个球在没有被手推动，或被另一个球撞击之前，是不会
自己运动的。一个在光滑的桌子上运动的球，与一个静止的
球，有一共同点：它们都不受任何外力的作用。
    当然，绳端上的球时刻受到一个力的作用，这个力使球偏
离于自由运动所固有的直线轨道。  静止在桌子上的那个球，
在手施给它的力的作用下，将开始运动并将获得速度(力越
大，速度越高)。这一观察产生了牛顿第二定律。
    观察家--还是牛顿--撇开了日常现象，转向星空去
寻找曾使古代哲学家瞠目的"天体合谐"的线索。什么力量使
行星以这种方式，而不以其他方式，围绕太阳旋转?
    "合谐"这个词表示一个有秩序的系统，表示支配天体运
个。一定会有这样一条定律，它支配着环绕太阳的行星和我
们的地球的运动，以及环绕行星的卫星的运动。
    我们可以回顾一下系在绳端的球的运动。环绕太阳的行
星运动的确很象球的均匀的圆周运动，虽然前者转得较慢而
且没有绳子系着它。简言之，如果在一种情况下力在起作用，
则可以合理地设想，在另一种情况下力也在起作用。
    当然没有办法直接察觉到支配行星的力的作用。但是力
是存在着的。牛顿发现了这个力。我们知道这就是物体相互
间的吸引力。牛顿的天才在于：他察觉到了什么是球的运动
与行星轨道运动之间的共同的东西。
    当然对我们来说重要的只是：系在绳端的球可能是最早
的物理模型之一。从对规模小得多的事物的研究中，人们认
识了象行星运动那样壮观的自然现象，根据当然是这样的假
设：二者都是由相似的定律支配着的。但随着产生了下面这
一问题：这种类比的作法是否在任何地方、任何时候都合理?
换句话说，把一种现象的定律，扩大应用于另一种大得多或小
得多的现象，是否正确?
    在牛顿的时代，答案是简单的：  既然观察确证了某种以
小型现象为基础计算出来的大型现象的发展，或与此相反，任
何一个定律都应当是不受限制地正确的。
    大致相同的答案今天还可以听到。  当然，提出这个问题
的角度是有些两样了。首先，牛顿相信，宇宙是统一的；其次，
宇宙的生命，不论在人类的规模上，还是在行星和恒星的规模
上，都是由相同的规律支配着的。
    从现代科学的有利地位出发，我们完全同意第一个论点。
至于第二个论点，我们当然不能得出这样的结论：  一种现象
的内部活动是以它的外部运动为绳墨的。
    鹦鹉学人说话，但如果认为它学舌的时候也在思考，则是
一种天真的想法。
    认识的复杂性在于：在微观、宏观和宇观的物质世界
等级中，绝对不同的定律在起作用；把一般事物的规律扩大应
用到其他世界等级上去是会遇到严格限制的。
    由于物理学家不能正确理解上述重要结论，因此当他们
遇到微观世界中那些不恪守规矩的实体时，就必然感到十分
懊恼。这些物理学家一旦认识到微观粒子不能被纳入普通概
念的框框之中时，他们就开始谈论什么混沌状态，谈论什么没
有规律的自然界。但下面我们就要谈到，事情绝非如此。
    模型的表象在自然科学的发展中曾起到，并继续起着重
要的作用。一些伟大的发明曾借助于双手建造的模型，或者
借助只存在于头脑里的模型；后一种情况更常见一些，因为有
些模型是制造不出来的。
    用绳子系着的球是一个简单的模型。  随着时间的推移，
更复杂的模型被发展出来了。它们越来越复杂，越来越光怪
陆离。虽然这些模型可能变得很奇特，但它们有一个共同之
处。它们都是用我们日常生活在其中的这个世界，即我们能
够看见并感觉到的这个世界的原材料制造出来的。
    这是人类头脑的一个特点。玄而又玄的抽象概念和一般
概念总是来自现实的。

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