從質(zhì)能轉(zhuǎn)化量到最小作用量原理
1905年,年輕的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了質(zhì)能方程式,E=m乘以C的二次方,物理學(xué)說(shuō)史上最偉大的公式表明,物體的質(zhì)量和能量在一定條件下可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,或能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。從科學(xué)哲學(xué)的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”出發(fā),可以把質(zhì)量看成是靜態(tài)的能量,把能量看成是動(dòng)態(tài)的質(zhì)量,兩者好似“一枚硬幣的兩面”,存在物是“硬幣”,質(zhì)量和能量昰存在物狀態(tài)的“兩面”。質(zhì)能方程式指明了任何質(zhì)量的物體都貯存了數(shù)量驚人的能量,從宇宙大爆炸理論的視覺(jué)看來(lái),任何一個(gè)物體都貯存了宇宙大爆炸的能量,數(shù)量相當(dāng)于物質(zhì)的質(zhì)量乘以光速的平方。
科學(xué)哲學(xué)的等效原理有理論的詮釋?zhuān)热纾嘿|(zhì)量和能量是存在或“在”、“在場(chǎng)”、“場(chǎng)在”的兩種形態(tài),質(zhì)量和能量適合科學(xué)哲學(xué)存在論的等效原理。新科學(xué)哲學(xué)把二十一世紀(jì)的唯物主義看成是為存在主義,把二十一世紀(jì)的辯證唯物主義或唯物辯證法看成是辨證存在主義或唯在辨證法。宇宙學(xué)的觀測(cè)和研究結(jié)果表明,諸如行星和衛(wèi)星之類(lèi)的固體物態(tài)占有宇宙總存在物的很小比例,諸如恒星和輻射之類(lèi)的能量形態(tài)占有宇宙總存在物的很大比例。新科學(xué)哲學(xué)在唯物主義詞條之外引入了唯能主義,在辨證唯物主義和唯物辨證法的詞條之外引入了辨證唯能主義,唯能辨證法。
新科學(xué)哲學(xué)的存在主義概念不同于西方哲學(xué)的存在主義和實(shí)在主義概念,它包括了唯物主義和唯能主義的兩種形態(tài),唯物主義和唯能主義滿足科學(xué)哲學(xué)存在論的等效原理,新科學(xué)哲學(xué)由此發(fā)展了二十一世紀(jì)的唯物主義學(xué)說(shuō),它是一門(mén)“發(fā)展唯物論”或“唯物發(fā)展論”??茖W(xué)哲學(xué)的等效原理有應(yīng)用的解釋?zhuān)热纾簩?克物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量之后用于發(fā)電,計(jì)算一下可能產(chǎn)生多少度電,第一步將1克物質(zhì)轉(zhuǎn)化為純粹的能量,E=m乘以C的二次方=0.001kgx300000000m/s=900億千焦=9000萬(wàn)兆焦。
第二步將1克物質(zhì)釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能,一度電=1千瓦時(shí)=1000瓦x3600秒=3600000焦=3600千焦=3.6兆焦,9000萬(wàn)兆焦÷3.6兆焦=2500萬(wàn),計(jì)算結(jié)果證明,1克物質(zhì)能夠產(chǎn)生2500萬(wàn)度電。1公斤或1000克物質(zhì)能夠產(chǎn)生250億度電,目前,全球一年的耗電量大約為25萬(wàn)億度,一天的耗電量為684億度,一個(gè)小時(shí)的耗電量為28.5億度,250÷28.5=8.8,當(dāng)1公斤或1000克物質(zhì)轉(zhuǎn)化為純能量時(shí),全球?qū)?huì)獲得8.8小時(shí)的電能需求,相當(dāng)于2.72公斤物質(zhì)蘊(yùn)含的內(nèi)能滿足了全球一天的電能消耗。

能量的轉(zhuǎn)換和守恒定律和“最小作用量原理”適合科學(xué)哲學(xué)普適論的等效原理,兩大物理學(xué)最基本的原理不僅適用于描述宏觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論,而且適用于描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的量子力學(xué)和量子場(chǎng)論。1662年,物理學(xué)家皮埃爾-德-費(fèi)馬提出了光線移動(dòng)路徑花費(fèi)最少時(shí)間的“朂短時(shí)間原理”或“費(fèi)馬原理”,法國(guó)科學(xué)家和啟蒙思想家莫泊丟是“最小作用量之父”,他把自然屬性的簡(jiǎn)約性解釋為自然力最小化作用的結(jié)果,“建立在這個(gè)原理之上的運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)定律,應(yīng)當(dāng)與自然界所觀察到的現(xiàn)象相吻合,我贊頌這一原理對(duì)一切自然現(xiàn)象的普適性,動(dòng)物之運(yùn)動(dòng),植物之生長(zhǎng),星體之運(yùn)行,都不過(guò)是它的推論而已?!?/p>
18世紀(jì)的法國(guó)物理學(xué)家莫佩爾蒂最早給出了最小作用量原理的表述,1747年,莫佩爾蒂在柏林科學(xué)院發(fā)表了論文“運(yùn)動(dòng)與靜止定律”,文中指出,“自然界發(fā)生變化的時(shí)侯,這種變化所需要的能耗是最小的。”大自然仿佛是一個(gè)有目的性的生命體,在大自然的一切活動(dòng)中總是選擇最短或最便捷的路線。古希臘哲學(xué)家信奉“大自然追求經(jīng)濟(jì)性”,古希臘的幾何學(xué)家歐幾里德最早提出了光線傳播最短路徑原理。公元前4世紀(jì),古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出了“等周問(wèn)題”,在面積一定的圖形中,圓的周長(zhǎng)最小。
1834年到1835年,哈密頓在數(shù)學(xué)家歐拉和拉格朗日相關(guān)成果的基礎(chǔ)上以數(shù)學(xué)公設(shè)形式提出了最小作用量原理,這一原理也被稱(chēng)為“哈密頓原理”。在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、生物和生命科學(xué),經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、美學(xué)和哲學(xué)等領(lǐng)域,沒(méi)有一個(gè)科學(xué)原理像最小作用量原理一樣從古希臘時(shí)期研討到了中世紀(jì),從近代科學(xué)研究到了現(xiàn)代科學(xué)時(shí)期,持續(xù)了2500年到3000年。最小作用量原理在先,能量轉(zhuǎn)化和守恒定理在后,但兩大自然基本原理互為“第一定理”,它們?cè)诳茖W(xué)上的基礎(chǔ)性和價(jià)值性是等效的。
量子的輻射和轉(zhuǎn)化有一個(gè)最小的量或“能量子”,物質(zhì)和能量或能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量“不多不少”,一定量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一定量的能量或一定量的能量轉(zhuǎn)化為一定量的物質(zhì),多出的或不足的物理量都違背了質(zhì)能轉(zhuǎn)化的方程式。在一個(gè)物理系統(tǒng)確定的條件下,物理量的輸入與輸出有一個(gè)確定的比值,比如:小汽車(chē)行駛100公里耗費(fèi)10升汽油,100噸水在幾十米的落差下發(fā)出幾度電等?!白钚 弊饔昧康恼嬲x是“不多不少”或“剛好、“適量”的作用量,比如:1克的物質(zhì)在轉(zhuǎn)化為純能量時(shí)不會(huì)產(chǎn)生少于或多于9000萬(wàn)兆焦的能量。
從原理A解釋或推導(dǎo)了原理B,反之,從原理B解釋或推導(dǎo)了原理A,原理A和原理B適合科學(xué)哲學(xué)對(duì)應(yīng)性的等效原理或等效性的對(duì)應(yīng)原理。從科學(xué)哲學(xué)的等效原理出發(fā),一是解釋了最小作用量原理的普遍性,它既適用于力學(xué),也適用于光學(xué),諸如數(shù)學(xué)最小化原理的表述:面積相同時(shí),平面圓的周長(zhǎng)最短;體積相同時(shí),圓的表面積最小,兩種表述適合科學(xué)哲學(xué)邏輯性和一致性的等效原理。二是從能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系揭示了最小作用量原理的物理屬性,能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系和換算比值表明了最小作用量的含義。標(biāo)準(zhǔn)化原理是等效原理的表現(xiàn)形式之一,可以將最小或“不多不少”的作用量原理理解為自然物理量在轉(zhuǎn)化時(shí)遵循的標(biāo)準(zhǔn)化原理。
