经典物理—牛顿力学的质疑与批判
陨石&中国
（个人简介：宋志远，男，1961年5月，黑龙江。住址：江苏省，仪征市，仪化生活区白沙二村十四栋502室，邮编，211900，电话：0514—83226998，手机：13852537300，邮箱：yunshizhongguo@sina.com）
摘要：确切地说，在物理学中至今并未真正说明力和质量相互定义的逻辑的关系；并不真正知道相互作用作为运动的终极原因，其逻辑的内在关系及内容是什么。因此，作为牛顿力学的质疑与批判，本文在这里要说明的是：只有在精密设计的实验中，即须令处于相互作用的两物体具有完全严格相等的条件，才有可能出现牛顿第三定律所述：A物作用于B物的力等于B物对A物的反作用力且大小相等。因为在通常的情况中，任意两物体的相互作用，其力量的对比都决不会是相等的。而作用力等于反作用力乃是两物相互作用关系的逻辑规定，因而作用力与反作用力并不仅仅是单纯地相等，在其逻辑关系中，作用力直接即是反作用力，这是由相互作用内在关系所规定的！
关键词：力量对抗、相互作用、作用力、反作用力、吸引、排斥。
被认为是金科玉律的牛顿力学，从一开始就走入了歧途：物理—力学在牛顿那里是从没有力（作用）的惯性开始的（惯性定律）。正如恩格斯也在一本叫做《自然辩证法》的书中写到：“牛顿的引力。能够给予它的最好的评价就是：它没有说明而是例证了行星运动的现状。运动是给定的。太阳的引力也是给定的。”[1]尽管牛顿强调了其理论“不从物理上而只是从数学上加与考虑，”[2]但力学的基础理论至今尚还缺乏相应的逻辑陈述，则是不容忽视的事实。物理学家们都知道，牛顿运动定律严格地说仅只是经验归纳性的陈述及单纯数学形式的表述，即如惯性定律虽然说出了物体具有保持自身状态的性质，但却未能就该定律构成理论基础的物理逻辑，来说明物体为什么及如何保持其自身状态的；第二定律则仅只是关于物体在受到力作用时其运动效应的数学说明，即如该定律是力的定义还是力学定律尚无定论；当牛顿论及其第三定律时，仍由于限制于数学形式的描述与说明，因而同样未能真正说明力作用之作为运动原因的内在的逻辑关系。
记得在学生时代，有一次下了物理课后一个同学戏笑地打了我一下，然后告知我：我打了你等于你打了我。意思是我并没有吃亏，因为根据牛顿第三定律，他打我的作用力等于我给他了一个反作用力，且大小相等（方向相反）。所以他打了我即是等于我打了他。——天大的冤枉呀！或许会有人说这是对牛顿第三定律的曲解。不错，但这并非是对牛顿理论的曲解，相反，这实际上是牛顿第三定律（的数学解析与说明）给世人造成的一种误解！
数百年来，牛顿理论被成功地应用于各个科学领域，并几乎所有物理理论的思想、观点都是以牛顿理论作为基础。在我们生活于其中可被感知的现实世界里，牛顿理论的广泛应用已被奉为“圣典”，量子理论虽然发出了不同的声音，但擅长作分类的物理学家们将此一现象归之于宏观与微观之别，如同爱因斯坦将运动划为高速与低速之分以示区别。因此在经典物理神圣的光环下，似乎没有人可以对牛顿的理论提出质疑与批判！
狭路相逢勇者胜！
力量对比强者赢！
我们知道，在力量对抗的体育比赛中，有这样的一种规定：即要求参赛的选手们在一种力量（如体重）近似对等的情况下进行比赛，以示比赛的公平。但在对抗比赛的选手之间无论双方力量达到了怎样的平衡，却总是要分出胜负。也就是说在比赛结果中，总表现为是一种打破了两者力量平衡即分出了强弱优劣。而在现实中，真正能达到力量对等平衡的状况是极为少见的，即如自然界的生存法则：优胜劣汰，适者生存。在现实中没有绝对的力量均衡，有到是在大多数情况中的力量对比的不平等，即如法律也正是为均衡现实中的不平等而对世人形成的一种约制力量。当然，诸如在中国武术中有所谓“四两披千斤”之说，在体育比赛中还有诸如心态、技巧等其它因素决定胜负，但力量的强弱对比则是首要的先决条件。而从普遍性的意义上来说，在力量对比差距大的情况中，这种力量对抗的结果是不言而喻的。
在相关的说明中我已指出，惯性质量之建立于物体的体积与密度因而就其直接性而言，它是一个纯粹的数学量，但正如地球引力场作用的不可消除性，则它同时还是一个特定的引力质量，或确切地说是一个特定的在地球表面区域里的引力效应。因此，惯性决非是一种不受力作用的运动（效应）状态。虽然在惯性效应的直接性上，不能由实验来测定其效应中的力的作用，但这却并不意味着惯性效应中没有力的相互作用。再者，惯性于现象直接性上统摄了静止与运动两个相互对立状态的“二象性”效应，也表明了它是一种受制于某种力（确切地说是引力场的约制力）作用的效应。然而，惯性作为力学的起点却不能用力来表述，除了数学工作的表面性不能触及到事物本身，也确如赫兹在其《力学原理》一书序言中所表述的困难那样：“要……阐明力学的真正内容，而不会不时感到为难，不全一再激起歉意，不想尽快跨过原理部分而向他们讲述一些应用例子，那是极端困难的一件事”。[3]力学的真正内容在于它的逻辑至今尚未能在物理学中建立起来。
在力和质量相互定义的（逻辑）关系中，实际上已说明了惯性作为一种特定引力效应背后隐寓着的某种微妙关系（对此我将在关于引力的分析中给予详细说明）。即惯性作为力学的起点或开端，即类同于哲学开端课题中关于“有”与“无”和“一”与“多”辩证关系。换言之，惯性状态中不能由实验判定及数量表述的力所体现的“无”（0 g）并非是没有力的作用，如同物体重量实质上是表征了引力对其作用的“有”（0m），重量在量的确定性上即表现为是力作用的“实有”或作为力与质量之对比的1F。再有，如我以指出惯性质量作为一个数学量在物理—数学分析中具有的“中介性”意义：即由于同一物体在同一引力场不同区域中具有不同量值的引力质量，由此形成引力质量具有的可变性即在同一物体上表现出“多”个引力质量，并在量的确定性上或者说是因取决于不同引力场（强度）特定区域力的作用，令它们相互间表现为一种量的不可通约性，由此以来，不变的惯性质量在这里则构成它们众“多”量相互通约的“中介量”，或就逻辑意义来说构成“多”所相对于“一”的辩证关系：即，现在我们已知道，所谓场是以有重物作为中心其引力场强度g向外辐射延伸的形式，并就其存在的特性说，由强至弱向外辐射延伸的引力场强度g作为确定的标量是一种稳定不变的量，由此如重量定义所规定：物体的质（重）量是取决于引力g的作用，但我们也知道，在这种引力强度g不变的同一区域中，具有不同“体积和密度”物体所受到的力作用即不相同，换句话说，在同一引力场区域中不同“体积和密度”物体将有不同量值的质（重）量，在这里，物体的质（重）量不仅取决于引力的作用，同时还决定于物体作为惯性质量确定性的“体积和密度”的大小。即引力对物体的作用同引力质量具有可变性一样，在同一引力场中不同“体积和密度”大小的物体所受到引力的大小即不相同，引力对物体的作用力是随着物体“体积和密度”的大小而发生变化的——这也是引力的相互作用在逻辑学意义上的微妙之处。不变的引力（强度g）对众“多”不同的物体形成不同的质（重）量。——力与质量是相互定义的！
黑格尔曾说道：“无论天上地下，都没有一处地方会有某种东西不在自身内兼含有与无两者。”[4]但在这里需要强调注意的是，这并非单纯是关于所谓哲学的逻辑说明，严格地说“天上地下”应是泛指宇宙间一切事物。对哲学逻辑有所认识的人们来说应知道，单纯的“有”仅仅是有正如单纯的“无”直接是无。——在哲学家那里单纯的“有”和单纯的“无”仅仅是一种单纯地尚空无内容的意味、或一种在语言中作为思想表达形式的肯定的直接性。它们只能在自身逻辑发展运动的持续完善中获得真实性与真理性。当然，单就所谓哲学的概念来讲，并基于哲学之为爱智慧乃是以自身作为对象的特殊性，故尔在黑格尔的论述中或许是过于晦涩，甚至许多人不理解“有”与“无”的同一性：有之为有须以无来促成，反之即然。因为，“它们的真理是一方直接消失于另一方的运动。”[5]
由此我们看到，引力场强度g作为标量是一种直接确定了的量度，这一点是由有重物作为物理实在——引力场强度g由强至弱向外辐射延伸——的现实性所决定的，因而只要有物体存在其中就必受到该物体所在区域引力的作用。然而，物体所受到引力作用的大小却又直接决定于物体构成惯性质量的规定性：“体积与密度”。也就是说，引力（强度）对物体的作用在量的确定性上表现为一种间接的不确定性，一种需取决于物体被直接作用到的现实性，并因而才能借助于物体表现出其构成力作用的现实性。——引力场的强度g在逻辑意义上仅仅是存在之“有”，反之，物体质量因须要力的作用来促成的现实性则是直接的“无”。因此，引力之“有”和物体质量之“无”必须通过相互过渡也即是“变”才能成为具有了现实性存在的“实有”。这就是说，引力具有的力作用必须借助于被作用的物体（质量）来实现，而物体具有的（质）量度的确定性又必须是通过受到了引力的作用来完成。这也才是相互作用在物理学中的逻辑规定及意义。
物理学家们都清楚地知道，在自然状态里，牛顿第二定律无论是关于力和质量的定义还是力学定律，它所描述的力学现象都是一个特例：一个打破了惯性常恒状态的特殊的力学效应。再者，无论是自然界中有没有突变或是由连续的突变组成，惯性的常恒态则是自然界的主要特征。即如惯性的圆周—匀速运动，所谓自然界的常恒态并非是指自然界无变化，相反这种常恒态是自然界在力的相互作用中能够保持平衡的一种特性。惯性作为一种自然界常恒态的运动效应即如恩格斯在论及引力时所说：“一切运动都存在于吸引与排斥的交替之中。然而运动只是在每一个吸引被别处的另一个与之相当的排斥所抵偿时，才有可能发生”。[7]恩格斯这段话虽然未能说明引力与斥力于逻辑中的相互关系及引力作为促成运动的原因，但却说明了惯性效应恰恰就在于这种相互“抵偿”也即是一方进入到另一方之相互过渡的“变”中才得以实现。
在力学中，自然界中所发生的一切运动均是力相互作用的表现形式，如恩格斯曾说：“交互作用是我们从现代自然科学的观点考察整个运动着的物质时首先遇到的东西。……交互作用是事物的真正的终极原因”。[8]也就是说，所谓力的作用在它的现实性中总是表为是两个（以上）物体间的相互关系。因此牛顿在表征了单纯的力作用效应的第二定律后，又建立了用于表征两个物体之间相互作用确定性关系的第三运动定律：A物作用于B物的力等于B物对A物的反作用力且大小相等。然而我们知道，在现实领域中由于物体质量大小的不均等性，以及如恩格斯曾说过：“力和它的表现是恰恰同样大的，因为在力和它的表现当中都是同一个运动”。[9]即力和质量是相互定义的。因而真正要令两个物体作用于对方的力相等，只有在经过精密计算及严格操作的实验中才可能实现。这就是说，发生在自然状态中的物体间的相互作用，决不会出现牛顿第三定律所说的力量相等的对峙状态。——在两个质量不相等物体间的相互作用，其力量的对比是不言而喻的。物理学家们都清楚地知道，太阳作用于地球的（引）力与地球作用于太阳的（引）力，即它们之间的相互作用力（量）是决对不相等的。换言之，除了在精心设计及严格操作的实验中作为一个特例，牛顿第三定律并不成立。
然而，如恩格斯曾说道：“运动只在每一个吸引被别的一个与之相当的排斥所抵偿时，才有可能发生。否则一个方面会逐渐胜过另一个方面，运动因而最后就会停止。”[10]就是说，尽管关于运动—相互作用的牛顿第三定律在内容表述的直接性上并不成立，但作为关于运动逻辑的解析说明，却在无意中道出了力和质量于相互作用关系中的表现形式，或确切地说是表明了在恩格斯那里被认为是“吸引转变成排斥和排斥转变成吸引，在黑格尔那是神秘的”。[11]——物体在相互作用中的力与质量的相互关系。
作用力等于反作用力！因为作用力直接即是反作用力！
在关于惯性的说明中我已指出，在逻辑上物体具有力和质量的双重规定性，并必须在相互作用中实现完成其规定的现实性。这也是牛顿万有引力定律未能能完全说明的精髓：任意物体（即拥有质量又）都具有吸引他物的能力，所以才称之为万有引力。在今天，随着物理科学及其统一论观念的发展，物理学家们都清楚地知道，引力作用是通过场来实现完成的，因而引力场之由有重物作为中心所形成的对存在于其中任意物体的（吸引）作用力，其本身则同时是一个具有确定质量规定性的实体。因此，根据万有引力定律，物体在其存在的现实性中均具有相互吸引的性质，但物体具有这种能力及其构成质量规定的确定性则必须通过它们之间的相互作用来实现完成。牛顿理论虽未能确切地表达出相互作用内在的逻辑，但力的相互作用是发生在两个（以上）物体间一种确定性的相互关系，则是不容质疑的。即相互作用表现为是（两个以上）物体具有力和质量之双重规定的一种确定性关系，而这里须要注意的是，所谓相互作用是指一种对抗性质的两个（以上）物体均作为力和质量的规定性参予其中的相对关系，这就是说，所谓相互作用，在这里是表现为双方同时产生并作用于对方的力。
首先按照牛顿的说法，某物对彼物的作用将使彼物产生一个对某物的反作用。就物体间的碰撞来说，一物去撞击另一物因另一物具有质量，故产生一种抵抗作用，虽也可说是一种相互作用。这一点在关于物体间碰撞的各种状态的实验解析及理论论证中已有充分说明，至于一物的作用力与另一物的反作用力相等的情况，则必须是事先经过精密计算两物体质量及一物对另一物作用力、初始速度的大小才有可能发生。并重要的是，这种单纯地用一物作用另一物来说明力的相互作用，显然未能真正说明牛顿第三定律所要表述的物理思想。其次）如牛顿建立的万有引力定律，相互吸引的真正意义在于所有的物体均具有吸引的能力。三）就概念或语言的定义而言，相互是指一种双方主动参与的关系。——只有两个物体均作为主动者参与对对方的作用，才真正构成了力的相互作用。
因此，对牛顿第三定律所表达的物理思想必须给予重新说明。有实验经验的物理学家都很清楚，当一物撞击另一物时，基于力与质量的相互定义，此另一物确是产生了一个反作用力，但这个反作用力与它受到的作用力是否一样的大小，则是取决于两物体本身质量的大小，以及撞击物初始速度、作用力的大小。而当一重物去撞击一轻物或一轻物去撞击一重物时，两物之间力量的对比是不一样的，但无论是在那种撞击中，都不会产生牛顿第三定律所说的情况：即一物的作用力与另一物的反作用力大小相等。如我已经指出，力的相互作用是指物体在（相互作用的）对抗状态中，双方均是已自身作为力和质量的规定性参予其中并作为“主动者”给对方施加作用（力）。因而，在这种双方主动参与的相互作用中，不仅有某物对彼物的作用力令彼物产生一个反作用（阻）力；同时还有彼物对某物的作用力令某物产生一个反作用（阻）力。即如同万有引力作为物体间的相互吸引的实质：此一物吸引彼一物的同时，彼一物也吸引着此一物，而非是单纯地某物“主动”吸引另一物、另一物则“被动”的受到吸引。如地球并非处在被吸引的被动地位——太阳因其有着巨大的质量形成了一个引力场并因此对存在于其中的九大行星施加了引力作用；九大行星各自质量同太阳相比虽然非常之微小，但作为具有质量规定性的物体同样亦对太阳施加了它们微弱的引力，并正是由于这两种引力的相互作用，才使九大行星的旋转运动能够完成、实现。（对此我将另文《地球在滚动着……》中给予说明）
因此，在物理—力学的逻辑意义上来说，牛顿第三定律所表达的相互作用在力和质量相互定义的关系中应为：A物对B物的作用力FA（因B物亦有一对A物的作用力故）等于A物对B物作用力的反作用力FA；反过来即同样，B物对A物的作用力AB（因A物亦有一对B物的作用力故）等于B物对A物作用力的反作用力FB。或确切地说，一物对另一物的作用力等于此一物对另一物作用（力）的反作用力。至于相互作用中两物体各自的力与质量的大小是否相等，丝毫不影响它们在逻辑关系中的作用力即反作用力的规定性。——在这里，物体具有力和质量的双重规定性，任意物体对它物的作用亦表现为一种双重性规定：作用力与反作用力。由于这里的作用力与反作用力是一物体对另一物体于相互作用中的力与质量的表现。因此，在这种相互作用中即存在着力量对比的对称性：即同一物体在量度上相等的作用力与反作用力；同时还有一个不对称的破缺性：两物体各自相等的作用力与反作用力在力量对比上的不对等性。也就是说，在逻辑范畴中，两物体于相互作用中表现为“对称”与“不对称”或“等量”与“不等量”的两对四个力的交互作用关系。
对牛顿第三定律所述内容来说，也即是在我们身处其中的现实领域（严格地说是地球引力场）中，由于地球引力场强大的约制力作用，因而在我们所能触及感知的现实世界中，除了在物理实验设计中，物体间的相互作用并不明显。但在我们称之为宇观和微观的世界，如天体间引力的相互作用、及原子领域里粒子运动力的相互作用，由于目前科学技术操作的限制，对这两个领域，限于观测解析与说明，它们处于完全的自然状态，则恰好表明它们正是处在这种相互作用中。在前述中我曾提到，在太阳系中，太阳以其巨大的质量所形成的引力场对所有存在于其中的物体（我们称之为行星）产生一种引力作用，令它们均受制其吸引作用；反之，我们称之为行星的九大星体，因其也是一个具有质量规定并形成引力场的实体，尽管同太阳相比其质量大小比差巨大，但它们作为这样的实体同样也对太阳产生一种引力作用。因此，在它们的相互作用关系中，太阳对行星的吸引作用，由于行星也对太阳有一个吸引（尽管很微小）作用，故太阳的吸引力同时亦表现为是对行星吸引的排斥力，并太阳对行星的吸引与排斥是一样大小的。反之，行星对太阳的吸引则由于太阳的引力作用而同时表现为是一种排斥。并同样这个排斥与吸引在量上是大小本等的。换言之，地球或九大行星并不因其质量同太阳相比的微弱，而就处在一种完全被动的被吸引地位。——作为实体或确切地说作为具有同一特征的由“有重物”形成的引力场，则是“地位”等同的现实存在。即如光速虽然有着所谓极限的位移量，但同我们在地球上所能观测到任意小速度的位移量，除了有量的差别外，并无本质上的区别：均是同具有同一规定性的“单位时间内的位移”。
所以，晦涩的黑格尔哲学所谓引力转变为斥力、斥力转变为引力的神密性质，并不真正地神密。引力之所以同时就是斥力，是因为在相互作用中，所有物体均是处在由相互吸引形成了一种对抗的关系中。由此，它们的相互吸引即可看做是一种相互排斥。（至于这种相互吸引或相互排斥是如何在质量与力作用对比巨大的情况中，物体仍旧保持自身运动，如我们熟知的轨道运动，我将另文《地球在滚动着……》中讨论。）
参考文献：
[1]恩格斯《自然辩证法》[北京]人民出版社、1984年、第254页
[2]《自然哲学之数学原理》[陕西]陕西人民出版社、武汉人民出版社、2001年、第10页
[3]引自《力学》湖南教育出版社，1985年1月，第58页
[4]黑格尔《逻辑学》、[北京]商务印书馆、上卷，第73页
[5] 黑格尔《逻辑学》、上卷，第70页
[6] 黑格尔《逻辑学》、上卷，第51页
[7]《自然辩证法》、第126页
[8]《自然辩证法》、第96—96页
[9]《自然辩证法》第261页
[10]《自然辩证法》126页
[11]《自然辩证法》第143页
2011.6.1.
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