闫赤元；惯性原理的证伪

   摘要：本文通过对牛顿绝对空间自相矛盾理论的分析以及惯性原理主体性质的分析，观察者的分析，否定了牛顿绝对空间惯性系的存在。为今后笛卡尔惯性原理与地动学说相结合的狭义惯性参考系的引入扑平道路。                                                                                                                             关键词：大箱子—绝对空间 惯性原理的主体  观察者

科学永远是假说，是一种企图去预见的，但有可能被证伪的冒险，它也必然在试错中进步。
   一个理论产生了，是科学的进步，这个理论被证伪了，从而增加了理论条件是进步。这个附加条件的理论又被证伪了，是一种进步。进步产生新的理论，又是一个进步。科学的进步就是不断的对旧理论的证伪，也就是对哲学的不断嘲笑。
   惯性原理从伽利略的提出，至迪卡尔完善，牛顿绝对空间的条件引入，及对惯性原理的探讨（1），正是科学理论的提出、完善、证伪、再完善的进步过程。一个理论被证伪了，就要求有新的理论产生，以弥补旧理论的不足，从而发展科学。也就是说，当理论和观察不符合时，实际上往往并不是作为全称陈述的理论被证伪，而是观察可以被加以重新解释。如果新解释没能产生新理论，那么对这个理论明知其为伪，但也不能将其从科学理论中清除出去。因此，证伪只是科学进步的条件，新理论的产生才是科学发展的结局。
１ 绝对空间的否定
   绝对空间是牛顿为了理解动力学规律引入的。由于牛顿关于绝对空间是不动的（即绝对静止）假设，违背了运动相对性这一基本经验，也由于绝对空间在原则上是观察不到的，因而也是虚构的，不科学的。既然绝对空间是不科学的，它的存在就会对科学发展产生不良影响，找出不良影响的内容，对其进行合理的修正，这才是证伪主义对科学的贡献。
   绝对空间是以参考系形式引入的。牛顿认为，绝对空间犹如一个无限的空箱子一样。可以这样设想，当自然界中的物质都移走后剩下的就是绝对空间。绝对空间自身，与任何外在的东西无关，永远保持不变和不动。牛顿的绝对空间的引入，表面上看好象很合理，但绝对空间概念本身就是矛盾的，箱子里面是空了，可是箱子还在。牛顿惯性原理中关于运动的描述，实际上都是对那个理想的大箱子而言的，是以大箱子壁上某点作参考点。没有理想的大箱子，绝对空间假设就不成立，没有大箱子上各点作参考，惯性原理中关于运动的描述也就无法进行。因此，“绝对空间自身与任何外在的东西无关”的观点是矛盾的，错误的。
   参考系的概念是这样的：要描述一个物体的运动，总要选另一物体，或一组彼此间相对静止的物体作参考，以此为标准来观察和测量这个物体的位置变化，被选作参考的物体或一组彼此间相对静止的一群物体称为参考系。而绝对空间与任何外在的东西无关，又以什么为标准来观察和测量在绝对空间中存在的物体运动状况和位置变化呢?绝对空间概念违背了参考系的概念，以绝对空间为参考系，本身是错误的。
   对于物体运动的描述，我们可以选择任意参考系。在不同的参考系中描述同一物体的运动形式是不同的。如：匀速运动车箱中小球的自由落体。以车箱为参考系观察，小球作自由落体运动，是直线运动；以地面为参考系测量，小球作抛物运动，是曲线运动。那么在绝对空间中（假设绝对空间存在）描述现实匀速运动车箱中小球自由落体这一运动应该是什么运动形式呢?
   牛顿绝对空间引入也是为了满足绝对直线主观形式的存在。绝对直线在三维直角坐标系中是以Ax＋By＋Cz＋D=0的形式表现的。而 X Y Z 是三维直角坐标系的三个轴向量。绝对直线的存在是相对于三维直角坐标系而存在的，而三维直角坐标系又是从原始绝对空间中抽象出来的。原始的绝对空间是天圆地平世界观的主观延伸。以地面为参考抽象出 X Y轴向量。因此原始的三维直角坐标系的三个轴向量中 X Y轴是弯曲的，只是人们观察和测量的范围较小主观上认为是直的，曲率为零。即人们观察和测量的是曲线，得出理念是直线，从而延伸为无限直线。地动学说也动摇了欧氏几何的基础，牛顿绝对空间的引入，稳定了欧氏几何的根基。但它的出现，阻碍了非欧几何学的产生和发展。
   绝对空间的引入，从现实意义上讲对经典力学的建立起到了不可磨灭的作用。从长远意义上讲，它的引入，维护了“匀速直线运动是物体运动的基本运动形式。”，从而阻碍了人们对“匀速圆周运动(1)”这一基本运动形式的发现。  导致了人们对 N维空间的认识都是以三维直角平直空间为基础的超现实、超想象的。
   既然绝对空间是不存在的，不科学的。我们有必要对牛顿惯性原理作进一步分析。
２ 惯性原理的主体
   对旧有理论的挑战和新理论的构建从来就是从那些伟大巨匠曾经意识到，却又无暇顾及的领域中成长起来的。狭义惯性原理就是从每个物理学家都知道存在缺陷的牛顿惯性原理中产生的。
   在牛顿惯性原理中，由于绝对空间是观测不到的，是不科学的，因此惯性原理也就成为理想化的。“事实上，真正的惯性运动是不存在的。”这一结论  在当今学术界已经成为共识。而这一共识在科学发展中总表现出不足。
   当理论与观察不符合时，实际上往往并不是作为全称陈述的理论被证伪，而是观察可以被加以重新解释。
   笛卡尔惯性原理由于地动学说的出现，使理论陈述与观察不相符了。在牛顿对其进行再解释时，就象对待拉屎的婴儿，保留了婴儿的干净衣服，而把婴儿与屎一起扔掉了。在笛卡尔惯性原理中，地面上静止的物体和作匀速直线运动的物体都是惯性运动物体。这是现实存在的。地面上静止的物体存在形式和作匀速直线运动的物体存在形式是惯性运动的主体形式，是客观实在。它不以人的意志而转移。不受力和匀速直线运动及静止是惯性运动的外在表现，是人为的认识。牛顿观察到，地面上静止和匀速直线运动，由于地动学说的出现都被证明不是真实的静止和匀速直线运动，而都是匀速圆周运动。牛顿在对惯性运动的分析中，将“不受力”作为惯性运动的主体，匀速直线运动或静止状态作为惯性运动的绝对表现。为确保“不受力”及“匀速直线运动或静止状态”存在，牛顿引入了绝对空间。这一引入使惯性运动分析得到简化，也使惯性运动由现实自然空间的惯性运动，转化成抽象的、理想化的惯性运动。
   对于一个理论修正，首先要找出理论的主体，然后再分析它的前提和结论。
   笛卡尔惯性原理，惯性是主体，在地面上静止与在地面上作匀速直线运动的物体存在形式是物体的惯性模式。是否受力及是否静止和匀直线运动，都是惯性运动分析结果。在笛卡尔对惯性运动进行分析时，地面是无限平直的观点占主导地位。因此，他把地面上的匀速直线运动认为是绝对直线运动，而把地球表面的静止现象认为是绝对静止。这在观念上是没有错误的。在这种环境中，不存在相对观念，将惯性原理说成是“每一个都保持它的静止状态，或延一直线的匀速运动状态，除非它受到其它物体作用，而被迫改变那种状态。”这是合理的陈述。
   当地动学说被公认以后，地球是球体的观念被世人认可，笛卡尔惯性原理陈述与惯性运动现象不相符了，到这时应该对惯性运动现象作重新分析，加以重新解释。然而牛顿并没有这样做，他保留了笛卡尔惯性原理的全称陈述，而对惯性现象进行了否定，引入绝对空间概念，设想了一个理想的惯性运动形式。使现在的人都认为不存在真正的惯性运动物体。
   如果说牛顿惯性原理中所陈述的惯性运动是不存在的；如果说笛卡尔惯性原理中所陈述的惯性运动是现实存在的。那么笛卡尔惯性原理的陈述需要重新分析。
   笛卡尔惯性原理认为相对于地面静止或作匀速直线运动为惯性运动。根据现在人们对地球的认识都会知道，不论相对于地面静止或延地球纬线作匀速直线运动，实际上都是匀速圆周运动。而各个匀速圆周运动的速度也各不相同。物体的惯性主体不在于它的绝对运动表象，而在于它的不变的运动存在形式，即保持性。因此牛顿的惯性运动衡等于匀速直线运动或静止状态是错误的。
３ 牛顿惯性系的否定
    牛顿指出，惯性原理中关于运动的描述，都是对绝对空间而言。通常把惯性原理在其中成立的参考系称为惯性系。
   绝对空间是理想化的，具有理想唯一性。绝对空间衡等于惯性系这个关系式成立，怎么会出现多种惯性系呢?如果承认有多种惯性系存在，也就承认了绝对空间的多样性，这与绝对空间概念发生了矛盾；如果承认绝对空间的唯一性也就承认了惯性系的唯一性，又怎么有“原则上存在无穷多个惯性系”呢?如果承认存在众多惯性系，也就承认惯性系之间存在差别，那么差别又是什么?“一个参考系是否是惯性系，只能是在动力学范围内解决，可以通过观察和实践加以判断。”怎样观测和做什么才能判断一个参考系是否是惯性系?“惯性系是惯性原理在其中成立的参考系。”也就是说，一个参考系是惯性系，在这个参考系中必须能够观察到静止或匀速直线运动现象。谁能观察到惯性现象?
   在经典力学中，关于惯性系的分析存在许多矛盾，而这些矛盾的产生都是由于绝对空间引入造成的,在我们的科学发展过程中，没有一个科学家发现不受力的物体。也没有人观察到绝对匀速直线运动。牛顿绝对空间的假设是不科学的，在科学界已经成为共识。因此牛顿关于惯性系的定义是错误的。我们就应该将牛顿的绝对空间认识从理论中清除出去，消除“绝对空间是一个基本的惯性系。”及“唯一真实存在着的空间是绝对空间。”在科学理论中的错误影响。
   任何理论概念都是为科学发展服务的。惯性系的多样性在许多地方都得以应用。伽利略和笛卡尔对惯性系的认识是在现实自然条件下产生的。伽利略的力学相对性原理中所反映的无穷多个惯性系是现实存在的。其中的匀速直线运动是相对于地平直线的运动。不受力的人为认识，是从平衡状态下产生的。它们是真实的。我们应该还惯性系于自然存在的本来面目，使其在科学发展中发挥应有的作用。
４ 观察者的存在
    长期以来，哲学家虽然意识到观察者的重要，但在构造理论体系时，都把观察者排除在外，没有建立一种包含观察者在内的高层次的理论。这是因为现代科学理论体系还受着绝对空间的影响，认为所有的参考系都包含在绝对空间之中。从而表现出观察者无处不在。事实上，无论对任何客体的研究都是我们生活在地球上的人进行的，而不是神。地球是运动的。牛顿虽然引入了绝对空间，但是他并没有给出地球参考系与绝对空间之间的运动变换关系式。由于事物的运动存在不以参考系的改变而改变，对同一事物运动形式的观察，不同的参考系所得出的结论不同。绝对空间是在自然地面参考系的基础上加以理想的无限延展结果。由于地球是运动的，地面参考系与绝对空间并不一致，因此绝对空间中不存在观察者。以绝对空间惯性系为参考对任何物体的研究所得出的结论在理论上都是错误的。
  事实上，非绝对空间惯性系是普遍存在的。在《惯性原理的探讨》中已经有所阐述。自然界中有无穷多个惯性系，它们之间不仅存在着并列关系，而且存在着多层次包容关系。如果不确定观察者所在的惯性系，今后对多层次惯性系中物体运动的研究很难进行。
５ 结论
   对惯性原理的证伪，实际上就是对绝对空间的否定。而对绝对空间的否定从爱因斯坦到现在有一百多年了。在这期间只是对绝对空间进行了否定，并没有使惯性原理产生新的陈述，牛顿惯性原理依然被运用，从而在当今的科学理论中出现许多矛盾。狭义惯性原理并非本人创造出来的，它是笛卡尔惯性原理与地动学说相结合产物。它恢复了惯性原理的本来面目，使惯性系回到自然界中来。指明绝对空间及相关概念—绝对直线、绝对静止在科学理论中存在是不科学的。使人们对物理理论重新有所认识，从而为生命系统物理学的研究准备条件。

(2006-12-19 10:21:47)