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科學哲學“三等原理”和三個命題

2022-02-15 08:47 作者:鄧如山  | 我要投稿

廣義等效原理和廣義等效論是新科學哲學的兩個專有名詞或兩個鮮明的標簽,在現(xiàn)有的哲學詞典里不會出現(xiàn)這兩個術(shù)語。哲學概念的廣義等效原理不同于理論力學概念的等效原理,但可以把廣義等效原理看成是理論力學概念的等效原理在哲學領(lǐng)域的推廣和“范式”的轉(zhuǎn)換。廣義等效原理在理論力學的領(lǐng)域表現(xiàn)為狹義等效原理,在普通物理學領(lǐng)域表現(xiàn)為等質(zhì)原理或等性原理,在理論和應用數(shù)學領(lǐng)域表現(xiàn)為等量原理或等數(shù)原理。等質(zhì)原理和等性原理,等數(shù)原理和等量原理都可以收錄到現(xiàn)有的科學哲學詞典。

為什么說廣義等效原理是科學哲學和對應的普通哲學的“第一性原理”?理論一詞有一般性的解釋,它是人們關(guān)于事物知識的理解和論述,也可簡單地解釋為人們在問題爭論和辨別是非時所依據(jù)的道理。理論是人們在一定條件下對自然和社會現(xiàn)象的系統(tǒng)總結(jié)和理論概括,理論不能證實理論自身的正確與錯誤,只有經(jīng)過科學實驗和社會實踐的檢驗,理論的真理性和謬誤性才能確認。

理論的成型通常經(jīng)過了歸納和推理的邏輯思維過程,任何未經(jīng)科學實驗和社會實踐檢驗的理論還只是假說。無論是使用歸納法和推理法,還是使用歸納和推理相結(jié)合的綜合法,理論的成型都會經(jīng)過一般化或抽象化思維的過程,而廣義等效原理在理論思維和理論成型過程中表現(xiàn)為一般性原理或抽象性原理的形式,普通哲學的等質(zhì)原理在任何理論的形成過程中發(fā)揮了前提性和基礎(chǔ)性的作用。

自轉(zhuǎn)天體是否影響了天體的引力?在物體自由下落的運動中,在真空的環(huán)境同時下落時,兩個質(zhì)量不同的物體將會同時落地,自由下落物體的同時落地性在科學哲學上可表述為:大質(zhì)量物體——比如鐵球和小質(zhì)量物體——比如體積相同的木球在自由落體運動中遵循科學哲學的等時原理,也就是說,輕重不同的兩個物體在相同的時間落下相同的距離。


比薩斜塔實驗證實了物體自由下落的時間、距離和瞬時速度與該物體的質(zhì)量無關(guān)。物體自由下落的時間、距離和瞬時速度是否與該物體的自轉(zhuǎn)無關(guān)?假如物體自由下落的時間和距離、瞬時速度和加速度與該物質(zhì)的自轉(zhuǎn)無關(guān),那么物體自由下落的“等時原理”成立,反之,假如物體自由下落的時間和距離、瞬時速度和加速度與物質(zhì)的自轉(zhuǎn)存在關(guān)聯(lián),那么物體自由下落的“等時原理”不成立。

有些物理學家反對帶自轉(zhuǎn)物體作自由下落運動時遵循“三等原理”的觀點,他們認為等時原理、等距原理和等速原理不成立,比如:天體在自轉(zhuǎn)中產(chǎn)生對周圍時空的“拖拽效應”,對周圍時空帶來的旋轉(zhuǎn)彎曲效應影響了天體自身的運動。經(jīng)典物體的自轉(zhuǎn)對物體的自由下落和公轉(zhuǎn)運動的影響很小,在伽利略的比薩斜塔實驗中可以忽略不計,但量子和相對論物體的自轉(zhuǎn)對物體的自由下落和公轉(zhuǎn)運動可能產(chǎn)生不可忽略的影響。

物理學家開展的模擬實驗顯示,兩個自轉(zhuǎn)的黑洞和兩個不自轉(zhuǎn)的黑洞分別在合并過程中產(chǎn)生了不同的合并速度,兩個自轉(zhuǎn)黑洞可能影響了黑洞引力的相互作用。簡要說來,廣義等效原理在物體自由下落的運動中與物體的質(zhì)量無關(guān),等時、等距和等速的“三等原理”成立;廣義等效原理在物體自由下落的運動中與物體的自轉(zhuǎn)存在關(guān)聯(lián),等時、等距和等速的“三等原理”不成立,但在經(jīng)典物理系近似成立,在相對論物理系完全不成立,在量子物理體系中,量子的自旋可能影響了量子引力和量子結(jié)構(gòu),但量子的自旋方向與量子引力和量子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性無關(guān)。

本作者在科學哲學的分析中最先提出了兩個命題,一個命題是諸如地球行星的自轉(zhuǎn)方向不影響地日系的引力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,順時針和逆時針的自轉(zhuǎn)遵循科學哲學方向論的等效原理。另一個命題是諸如地球行星的公轉(zhuǎn)方向不影響地日系的引力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,順時針和逆時針的公轉(zhuǎn)遵循科學哲學方向論的等效原理。現(xiàn)在,本作者在科學哲學的分析中正式提出第三個命題:量子的自旋方向不影響量子引力和量子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,量子的上旋和下旋或量子的左旋和右旋遵循科學哲學方向論的等效原理,本作者享有科學哲學發(fā)現(xiàn)的“專利”,于是將上述的“三個命題”稱之為“如山原理”,這是以本作者的名字命名的科學哲學三個原理性的命題。

原子自旋不是經(jīng)典物理概念的自轉(zhuǎn),自旋被認為是量子態(tài)粒子的固有屬性,量子的自旋行為與人們經(jīng)??吹降奈矬w自轉(zhuǎn)有某種相似性。原子的自旋為+1或-1,自旋的原子好像一個球體繞著它的軸線順時針轉(zhuǎn)動,或一個球體繞著它的軸線反時針轉(zhuǎn)動。物理學家在實驗中發(fā)現(xiàn),兩個沿不同方向自旋的原子產(chǎn)生了相同的下落速度,正時針和反時針自旋的兩個下落原子的速率差錯率僅為千萬分之一,實驗結(jié)果達到了精確率的極限,證明了原子的自旋方向沒有對原子的自由下落速率產(chǎn)生影響。


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