2书籍简介.docx

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1、书籍简介机械能守恒定律与力学相对性原理关系的研究，国内是从熊秉衡先生1964年、1965年在物理通报发表的在不同惯性系中的机械能守恒定律、“在不同惯性系中的机械能守恒定律”一文的更正与补充两篇文章开始的，此后各家杂志纷纷讨论，一直没有定论,分为三个学派：机械能守恒定律不满足力学相对性原理：机械能守恒定律满足力学相对性原理，但是不具有单独的协变性，因为对于同一个物理过程在一个惯性系里满足机械能守恒的条件，在其他惯性系里可能不满足守恒条件（机械能守恒条件各个版本教材描述并不一致）；机械能守恒定律满足力学相对性原理，对于同一个物理过程在一个惯性系里机械能守恒，在其他惯性系机械能一定守恒。力学相对性原

2、理对于描述力学规律来说，所有惯性系都是等价的，亦称伽利略性相对性原理，它包括:在任何两个惯性系中做同一个力学实验都会得到相同的实验结果；用任何力学实验都无法将两个惯性系区分开；对于描述力学现象，所有的惯性系都是平权的。这场争论类似于数学史上的第三次数学危机。罗素悖论使整个数学大厦动摇了。无怪乎弗雷格在收到罗素的来信之后，在他即将要出版的算术的基本法则第2卷末尾写道：“一位科学家不会碰到比这更难堪的事情了，即在工作完成之时，它的基础垮掉了。当本书等待印出的时候，罗素先生的一封信把我置于这种境地”，于是终结了近12年的刻苦钻研。对于集合论，PoincaM指出：我们设置栅栏，把羊群围住，免受狼的侵袭

3、，但是很可能在围栅栏时就已经有一条狼被围在其中了。当知识以一种形式被创造之后，往往并不能立刻取得其逻辑一历史生成的理想完美知识形态。绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们在各个一定发展阶段上的具体认识只具有相对的真理性。杨振宁教授在上海接受记者采访时，曾将他取得成功的奥秘归结为这样一句话：“要站在问题开始的地方，要面对原始的问题，而不要淹没在文献的海洋里。”本人通过长期研究并查阅大量文献，认为只要修改经典力学个别表述，机械能守恒定律满足力学相对性原理,主要结论如下：L势能分为外势能和内势能，外势能（单质点的势能）不具有伽利略变换的不变性，内势能具有

4、伽利略变换的不变性：2.“势能属于系统，势能是相对位置的函数”只适用于内势能，建议力学教材说明；3.把地球看做惯性系的同时默认其质量充分大，忽略其能量、动量等物理量的变化,此时地球不再属于所研究的系统;4.保守力的定义可以简化为：只与空间位置有关的力或者说稳定场都是保守力场；5.力学中力可以分为保守力、非保守力显含时间的力（耗散力可以等效视为显含时间的力），浮力、光滑约束中的约束力、惯性力等都是保守力，不存在显含时间的惯性力，所有的稳定场都是保守力，力的保守性具有伽利略变换的不变性；6.动能、势能和机械能的计算公式一定体现能量与质量成正比。由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力，质点受到弹力而具有

5、的势能叫做弹性势能，氏！乂2并2非弹性势能的一般公式。与二LAf适用于弹簧振子中质点的弹性势能，但是不适用于所有的2惯性系,仅仅适用于观察者在弹力方向上的分速度为O时，势能零点而且必须选在平衡位置,其他情况不成立。当考虑弹簧质量时，耳=LAX2可以认为是弹簧的机械能公式，弹簧静止时2是弹簧的弹性势能，也不是适用于任何参照系，仅仅适用于观察者在弹力方向上的分速度为O时，势能零点而且必须选在平衡位置，该公式对于约束力等弹力的弹性势能也不成立，建议力学教材指明其局限性；斤与重力势能、引力势能公式不同，前者与质量无关，后2者与质量成正比，这本身就具有一种不协调性，这是物理学理论所不能允许的，正如爱因斯

6、坦1905年在论运动物体的电动力学中指出的：“大家知道，麦克斯韦的电动力学一一象现在通常为人们所理解的那样一一应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称，而这种不对称似乎不是现象所固有的。7.引力势能E=_%仅仅适用于观察者在保守力方向上的分r速度始终为0时，而且坐标原点必须选择在无穷远点，其他情况不成立，建议力学教材指明其局限性；8.功是力与质点位移的数量积，力只能作用在有质量的点上，弹簧振子只需研究质点即可；势能不能直接对外做功，只有转化为动能才能对外做功；9.伯努利方程满足力学相对性原理：10.机械能守恒条件一一研究系统里只有保守力（或者说显含时间的力），机械能守恒定律满足力学相对性原理,

7、牛顿运动定律满足伽利略变换是机械能守恒定律满足伽利略变换的充分条件，机械能守恒定律无条件服从力学相对性原理：对于同一个物理过程，只要在一个参照系机械能守恒（拉格朗日函数和哈密顿函数不显含时间），在其他任何参照系一定守恒（拉格朗日函数和哈密顿函数不显含时间）；IL相对性原理是内容，单独的协变性是形式，二者是形式和内容的关系，无需进行区别，不需要引入联合协变的概念，爱因斯坦和朗道对于相对性原理的表述是正确的，纠正了部分文献的错误；牛顿运动定律的所有推论（例如声波运动方程、欧拉方程等）都具有伽利略变换的不变性；12.相对性原理在物理学中具有核心地位，经典动量守恒定律和角动量（动量矩）守恒定律类似于机

8、械能守恒定律中系统势能不变时，系统动能之和也不变，显然不是对于任何参照系都协变，例如经典的动量守恒定律对于惯性系协变，对于非惯性系不协变；经典角动量（动量矩）守恒定律对于惯性系和非惯性系都不协变。角动量（动量矩）守恒定律中需要引入角冲量（冲量矩）才满足力学相对性原理，角动量（动量矩）守恒定律（质点对于某一点（或某轴）的角动量与角冲量（冲量矩）可以相互转化，但是它们之差不变）、动量守恒定律（系统的动量与合外力冲量差是一个常数）、能量守恒定律适用于所有的参照系一一对于同一个物理过程，只要一个坐标系守恒，其他坐标系一定守恒，符合爱因斯坦的科学思想一一物理规律对于所有的参照系都相同。动量守恒定律和牛顿

9、运动定律（包括第一定律、第二定律、第三定律）等价，可以构建以动量守恒定律为核心的牛顿力学体系；13.日心说和地心说在本质上等价，只是由于太阳的质量巨大，以太阳为惯性系计算误差小的多；14.无论是伽利略变换还是洛伦兹变换，所有协变量的测量都应当满足对应原理的要求。力学书籍最好明确指出这些问题，丰富和完善经典力学的表述形式,不要再使读者发生误解,本书列举的实例均不考虑非保守力的因素。这本书的震撼在于在物理学高度发展的今天,作为物理学发源地的经典力学还存在着表述不完善的问题，这提醒着我们在任何学习研究中都应当保持着开放的态度，科学的现状没有永久的意义。相对性原理在物理学中的核心地位在国际上也没有引起

10、足够的重视，例如哈佛教科书力学引论却评价：“在古典力学的发展过程中，相对性原理所起的作用不大；爱因斯坦却把它誉之为动力学的根本原理。卬麻省理工教科书力学概论也断言：“相对性原理在牛顿力学中的作用不大”。曾经有“许多著名的理论物理学家还是比较倾向于舍弃相对性原理”。德国实验物理学家菲利普莱纳德（1905年的诺贝尔物理奖得主），更是与爱因斯坦展开了面对面的辩论，莱纳德辩称：“我的信念可以归纳为：1）最好停止宣布废除以太；2）我一直认为相对性原理限制了引力原理；3）超光速看来对相对性原理造成了困难”。爱因斯坦全集第七卷的“序”中甚至记载着：“在回答EriChKreySChmarm的批评时，爱因斯坦承认广义协变在物理上没有意义。相对性原理不再被陈述为任意参考系的等效性。”tsl参考文献1D.Kleppner等,力学引论国,人民教育出版社，宁远源等译，1980：541.2丹尼尔克莱普纳，力学概论M,机械工业出版社，刘树新译，2018：344.3爱因斯坦，狭义与广义相对论浅说M,上海科学技术出版社，杨润般译，1964：1217.4爱因斯坦全集（第七卷）M,湖南科学技术出版社，邹振隆主译，2009:320.5爱因斯坦全集（第七卷）M,湖南科学技术出版社，邹振隆主译，2009:序21.