问题

牛顿经典力学中有无显而易见的漏洞?

回答
牛顿经典力学,作为人类认识自然规律的里程碑,无疑是辉煌的。它以简洁优美的数学语言,成功地描述了从苹果落地到行星运转的种种现象,构建了一个庞大而精确的力学体系。然而,若将其置于时间的洪流中审视,你会发现,即便这伟大的理论,也并非完美无缺,存在着一些“显而易见”的漏洞,尤其是在我们对其进行更深入、更广泛的探索之后。

“显而易见”这个词,或许会让人觉得牛顿力学从一开始就存在着赤裸裸的错误。但事实并非如此。牛顿力学是在当时观测能力和数学工具所能及的范围内,做得最出色、最符合实际的理论。它的“漏洞”更多地体现在其适用范围的局限性,以及在解释某些极端现象时显得捉襟见肘,需要更高级的理论来补充和修正。

我们可以从几个方面来谈谈这些“显而易见”的漏洞:

1. 绝对时空观的局限性:

牛顿力学建立在一个绝对的、均匀流逝的时间和绝对的、不可分割的空间之上。在他看来,时间就像一条永恒的河流,无论你在哪里,无论你做什么,它都以恒定的速度向前推进。空间也是如此,它是一个固定的、客观存在的舞台,所有事件都在这个舞台上发生。

然而,随着物理学的发展,特别是爱因斯坦的相对论的出现,我们发现这个“绝对”的概念变得不再那么站得住脚。

时间的相对性: 相对论告诉我们,时间并非绝对。观察者的运动状态会影响他们对时间流逝的感知。一个高速运动的观察者,其时间流逝会比一个静止的观察者慢。这意味着,所谓的“绝对时间”在高速运动的情况下就不复存在了。虽然在日常生活中,我们感受不到这种差异,但对于接近光速的粒子,或者在极强的引力场中,这种效应就非常显著。牛顿力学在这种情况下便失效了。
空间的弯曲: 同样,空间也不是牛顿设想的那样平坦、固定。质量的存在会“弯曲”周围的时空。行星围绕太阳运转,并非是因为太阳施加了一个看不见的“引力绳”,而是因为太阳巨大的质量弯曲了周围的时空,而行星则沿着这个弯曲的时空中“最直”的路径运动。这种对空间的理解,牛顿力学是无法触及的。

2. 关于光速的“沉默”:

牛顿力学并没有明确给出光速的上限。在牛顿的体系中,理论上,物体可以无限加速,达到任何速度。然而,我们现在知道,光速(在真空中)是一个宇宙的速度上限,任何有质量的物体都无法达到或超过光速。

相对论精确地解释了这一点。当物体速度接近光速时,其质量会随之增加,需要无限的能量才能达到光速,这显然是不可能的。牛顿力学对此“沉默”不语,如果尝试用牛顿力学去计算一个接近光速的粒子的运动,结果会与实验严重不符。

3. 宏观与微观的鸿沟:

牛顿力学在描述宏观物体的运动时表现出色,无论是抛体运动、行星轨道,还是机械装置的运作,都能给出精准的预测。但是,当我们将目光投向微观世界——原子、电子、光子等粒子——牛顿力学就显得力不从心了。

微观粒子的行为: 微观粒子展现出一种“量子化”的行为,它们的能量、动量等都不是连续变化的,而是以“份”或“量子”的形式存在的。例如,电子在原子核外并非像行星绕太阳那样轨道式运动,而是处于一个概率性的“电子云”中。牛顿的运动定律,如 F=ma,是基于对可预测、可确定轨迹的粒子描述,无法解释这种概率性和波粒二象性。
“观测”的影响: 在微观世界,观测行为本身就会干扰被观测的粒子。而牛顿力学的前提是,观测者和被观测者可以相对独立地存在。这种“测量问题”是量子力学的核心议题,牛顿力学完全无法处理。

4. 无法解释某些极端物理现象:

黑洞: 黑洞是引力极其强大的天体,连光都无法逃脱。在黑洞的视界附近,引力效应非常显著,甚至会扭曲时空。牛顿的万有引力定律虽然描述了引力的大小,但它认为引力是一种瞬时传播的作用,并且没有给出引力能“捕获”光线的机制。相对论则能更合理地解释黑洞的形成和性质。
宇宙的膨胀: 牛顿力学基于一个静态的、不变的宇宙模型。它无法解释宇宙正在加速膨胀这一现象,也无法解释大爆炸理论所描述的宇宙起源。

总结来说,牛顿经典力学的“漏洞”并非是理论的根本性错误,而是其“适用范围”的局限性。

它不适用于接近光速的运动。
它不适用于极强的引力场。
它不适用于微观的量子世界。

就好比你用一把尺子去测量一个原子,或者用显微镜去观察一片星系,工具本身没有错,但它不适合这个任务。牛顿力学在它所处的时代,为人类认识世界提供了前所未有的视角和工具。当后来的物理学家通过更先进的观测手段和更深刻的思考,将目光投向牛顿力学无法解释的领域时,新的理论(如相对论和量子力学)便应运而生,它们是对牛顿力学的补充、修正和扩展,而非完全否定。

所以,与其说是“漏洞”,不如说是牛顿力学揭示了物理世界更深层次的奥秘,促使我们不断前进,去发现更普适、更精确的自然规律。正是因为有了牛顿的奠基,我们才有了后续更伟大的理论飞跃。

网友意见

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一个是不能描述大质量天体以及近光速物体的行为,为了修复这个漏洞发展出了相对论。

另一个是不能描述原子尺度以下的行为,为了修复这个漏洞发展出了量子力学。

除了这两个已经填的差不多的坑(即使没填完那也跟经典物理没什么关系了),目前经典力学当中还有一个非常棘手的问题,那就是流体力学。流体力学中的非线性问题目前还没有很好的处理方法。湍流经常被认为是经典力学中最后一个未被解决的问题。

骚年,你渴望力量么?我这里有本《计算流体力学》,看你有缘,十块钱卖给你吧。

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1、前人的多少理论都被推翻

请试举一二……


2、牛顿的经典力学会不会也在今后物理发展中被推翻

目前还看不到这个可能性……


你这样思考下去是很有成为民科的潜质的。


牛顿爵士写的那本书叫做,自然哲学的数学原理。

恕我孤陋寡闻,我还没见过哪个被证明了的数学定律能被推翻的。



我再来说一个显而易见的悖论,如果经典力学中有显而易见的漏洞,那么:

1、学过的人都是傻子,智商太低看不出来?如果这个显而易见的漏洞看出来的智商高于学过经典力学的人的最高智商,那怎么是显而易见的?

2、如果已经很多人看出来了这个显而易见的漏洞,那为什么这么多年了没听说过?



如果仅仅说牛顿的理论中稍微的显而易见的漏洞,那么就是绝对空间的存在,事实上惯性定律已经告诉(暗示)我们根本不存在绝对空间(绝对运动)了,但是牛顿爵士为了解释水桶实验引入了绝对空间(绝对运动)。


至于下面说的什么光速不变,量子效应。这些东西怎么显而易见了?就是在今天,光速的测量都是个麻烦事儿。

更何况,如果引入洛伦兹变换,则经典力学依然可以和狭义相对论兼容。



至于广相和量子,我认为你顶多能说经典力学不够精确,而不能说这货被推翻了……

考虑到任何物理理论都是对现有观测事实的拟合,换言之就是任何物理理论都不可能保证无限精确,所以这都不是个事儿。

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