马海飞
2010年1月22日
牛顿是一个伟大的物理学家。他的力学理论奠定了经典力学的基础。他对万有引力的发现更是家喻户晓。牛顿实际上首先是一个伟大的数学家。他是最早使用数学语言描述力学定律的科学家。因此，牛顿的物理学研究方法深受数学方法的影响。
首先，牛顿的理论几乎都是建立在质点的运算基础之上。为了数学运算上的方便，他把所有的物体或质量都用一个点来表示。
其次，牛顿的理论都是对自然现象做的规律性描述。都没有涉及到机制问题。
他的具体方法是：第一步，发现一些自然现象，例如苹果落地与月亮悬在空中不掉下来的现象等。第二步，找出这些现象之间的规律，例如它们的共同规律就是受到万有引力的作用，从而发现了万有引力。第三步，根据规律提出定律，例如万有引力定律。并在需要的时候建立一个数学公式来描述这个定律，例如引力公式。第四步，把他的定律和公式放到实践中检验。得到的结果与现实的观察结果一致，他的理论就被确认成立了。表面看上去这个过程非常“科学”，没什么不妥。但是，其中存在一个很大的缺陷，就是牛顿的理论全部都是建立在对表面现象的描述之上，而不是建立在自然现象背后的物理机制之上的。也就是说他没有揭示导致现象产生的本质问题。例如他从来都不清楚万有引力的产生原因是什么。这导致了他的理论不可能完美。
不了解事物的本质和原因，在一定程度和范围内不影响一个定律的使用性。例如中国古代发明了指南针，但当时并不知道指南针的原理和机制是什么。可是，指南针总是指向南方这个定律对它的实际应用没有带来任何不良影响。牛顿虽然不能解释万有引力的产生和作用机制，但是，他的计算公式一直没有失去实际上的使用价值。
然而，如果不了解背后的机制，在遇到问题的时候就会不知所措。牛顿引力定律解释不了水星近日点异常进动的问题，也解释不了为什么会出现这个问题的原因。这就是因为牛顿建立科学理论的时候缺少最后一步造成的。他没有能够从机制上解释引力现象。不做到这一点，万有引力导致的自然现象永远都会存在无法解释的问题。
这也突现出物理学研究方法上的一个重大问题。物理学对一个理论是否成立几乎都是用数学运算来进行检验的，而不是定律本身。例如，人们使用牛顿的引力公式可以计算出天体的运行轨道，可以计算出发射卫星需要的推动力等。这些都验证了牛顿引力公式的正确性。但是，公式毕竟是公式。公式的计算结果正确并不一定表示定律是正确的。一个人倒车时把后边的车撞了与后边的车向前开把前面的车撞了，从数学运算上可以用同一个公式得到相同的数学结果，但二者在责任上却有本质的不同。也就是说，导致现象产生的原因完全不同。同样道理，牛顿在他的万有引力定律中显然认为万有引力是一个质点施加在另一个质点上的力。是一种主动的过程。可是，我们也可以说：万有引力是两个物体因为相互靠近而导致的一种类似“挤压”的力。它的产生是一个被动的过程。根据这种观点进行数学运算也照样可以得到同样的结果。这两种说法的不同就在于因果关系上的不同。根据牛顿定律，引力是导致物体产生引力加速度的原因。而根据后者，引力则是引力加速度导致物体运动所产生出来的结果。一个是原因，一个是结果。谁对谁错有待评判。人们根据牛顿的思想方法已经探索了300多年，没有找到引力产生的原因。也许我们应该改变传统观念，从引力被动产生的新观念来研究一下看看。或许会有突破。物理界对相对论的承认过程也是如此。只是因为它的某些运算结果与观察结果非常接近，就反过头来认为这个理论是对的。而不是从物理机制上来判断一个理论的正确与否。
我们指出前人方法中的缺陷和不足之处不是为了批评和指责，而是为了找出产生问题的根源和解决问题的方法。现在我们知道了牛顿的方法中存在的缺陷，那么，我们的努力就应该放在弥补他的缺陷上。只有这样才能彻底解决牛顿理论遗留下来的问题。所以，关于引力的问题，当务之急，最重要的是找出产生引力的原因和机制。
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