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对物理学的思考(三)
2019-06-19
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    ——数学与物理

    物理与数学间有着深刻的联系,物理学中的物质运动规律都是用数学方程来精确描述的,也就是说数学是物理学的正确语言,同时探索数学结构本身也可导致新的物理发现。而在物理学与数学中概念美和描写的确切有力是紧密相似的。由此物质运动的最终变化结果也就通过数学的计算结果来确定。这是物理学一直在沿用的手段。也正是如此,物理学的新进展会促进数学的发展,反之数学上的新进展新开拓,也给物理学提供了新的物质运动形态的描述手段。

    但数学终归不是物理学,数学虽可作为物质运动的描述手段,但它最终还只是研究在各种状态下数字运算规律的,并不是研究物质运动规律的。数字的抽象已完全与物质无关,它已只是一个数字,至于这个数是什么它并不关心。比如1它就是一个1,是一头牛还是一头羊或是一个人一个粒子,它并不关心也不确认。而物理学是研究物质的运动变化的,就必须首先明确研究的这是什么物质,就是研究这个物质的运动,而并不是其它的什么物质的运动,这种描述是不能脱离物质(物体)本身的。也就是说物理学有着物质本身所据有的特定本性,所有的数学运算是不能超出物质本身特定的范畴,否则就会出现谬误。

    从上面的分析及实验可见,从数学公式:是可能得到一个引力无穷大的奇点,在此处曲率和密度可能无限大,但在物理学上,不论这个物体的质量有多大,但只要它并不是一个数学点,是有一定空间限度的,在这个物体内的质心处,引力的合力其实都只能是零,即不会出现奇点的,不会出现一个曲率和密度无限大的点。而事实上现在的实物质的质点,都是有边界限度的,大到恒星小到基本粒子,都有空间限度,尽管恒星的体积很大,基本粒子很小,但它们都有边界,内外有别的边界,用质点去进行计算,是必须注意这种边界两边的不同的。只所以会出现这种奇点的认识,是理论家们深深陷入数学方程的思考与计算中去了。物理学不应陷入无物质无时空的思考中,而是应当以物质在时空中运动为基础,充分注意物质运动的时空限度,即引力的奇点是人为造出来的,这是今后物理学应仔细疏理,进行全面深入思考的问题。

    现在已知的物质间的相互作用为:引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用力、弱相互作用力四种,这四种相互作本质上实际为物质存在空间之间的相互作用及物质本身之间的相互作用,且这些相互作用都与它们之间的距离相关。这四种相互作用的比较见表一:

    力的类型数学型式适用范围发生作用距离力的强度(以强力为1)传递粒子传递粒子质量

    引力r>R可延伸到无限远10-38没发现不知

    电磁力r>R可延伸到无限远10-13光子0

    强力r≈R约小于10-13厘米1胶子假定为0

    弱力r<R约小于10-17厘米10-2中间玻色子W+,W-和Z0约90Gev

    注:其中R为物质所占有的空间范围半径,r为物质间的相互距离,M为物质质量,Q为物质的电磁荷值,G、D为常数。

    从表中可以看出物质所占空间之间的相互作力用要大大小于物质之间的相互作用力,即引力比电磁相互作用力小约25个量级,引力比核子之间的相互作用力强力约小38个量级,可见物质之间的相互用是构成物质形体的主要作用力,而物质所占空间之间的作用只是在其质量特别大时才能显现出来。

    数学上的点是零维的,没有空间范围,并可以赋与它是一个任意的数值,因为数是不占有空间的。但物理学上的质点本身,是占有空间范围的,其可能很大,如星系、星球,也可能很小,如分子、原子、基本粒子,但它们都是有空间限度的,是有内外之别的。由此在数学上数是可以占据同一个点,从而使数可能一步步增大,直至无穷而成为奇点,但在物理学中随着空间中物质的增多,其所占空间也必然的增大,尽管质点的物质质量也可以一步步增大,而其所占空也会同步增大,由此其是不会有奇点出现的。这就是数学与理学之间的差别。其原因是数字之间是不会有相互作用的,而物质之间不仅有相互作用,且这种相互作力比引力是成量级的大的多。

    由此在物理学使用数学公式时,必须时刻注意物理中的物质运动的实际条件,否则就会出现人为的谬误。

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草根简介


1938年7月15日生。北京大学毕业,分配到中国工程物理研究院核物理与化学研究所工作,直到退休。研究员。现居住北京海淀区。
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