力学论文（通用4篇）

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力学论文【第一篇】

(一)教材内容狭隘

尽管土力学课程涉及多个工程领域，但是国内现行绝大多数教学大纲和相关教材仍然泾渭分明，使得建筑工程专业的学生不懂交通土建，交通土建专业的学生不懂建筑工程，难以满足大土木背景下人才培养的需求。此外，为与国际接轨，土力学与基础工程课程已列为中国目前正在推行的注册工程师执业资格考试的必考科目。因此，如何结合中国注册工程师制度，调整教材内容，提升学生的职业能力，为他们今后的工作创造条件，也是当今急需解决的问题之一。

(二)教学及教材内容滞后

随着土木工程技术的迅猛发展，新技术和新理论不断涌现。与其他很多课程一样，目前国内大多数土力学与基础工程课程教材的内容及相关教学大纲偏于陈旧，更新程度远远落后于学科的发展。通过网上调研，发现国外土力学与基础工程课程的教学及教材内容紧跟学科发展，能够反映该学科较为前沿的研究成果，如临界状态土力学、非饱和土力学等。而在国内，这部分内容大多作为岩土工程专业研究生高等土力学课程的教学内容，在本科教材和教学大纲中极为少见［3］。

(三)教学模式单一

由于教学内容多、课时有限，尽管许多学校已将多媒体、讨论课等引入课堂，教学模式趋于多元化，但是传统的“填鸭式”教学仍然是目前主要的教学模式，因人施教、个性化教学的开展还很不理想。

二、个性化教学模式的改革措施

(一)教学内容模块化

在现有课程体系的基础上，整合并及时更新土力学与基础工程课程教学的相关内容，减少指定教材的局限性，建立模块化课程体系，以解决教材内容狭隘、滞后以及内容多课时少等问题。模块化教学体系主要包括：基础理论、建筑工程应用(如浅基础、桩基础设计等)、交通土建应用(如沉井基础设计、路基设计等)、石油特色(如储罐基础设计)、专题讲座(如非饱和土、土动力学等)、注册师考试等多个模块。在共同学习基础理论模块后，学生可根据自己的兴趣自主选择相应的模块进行学习，并且以学生自主学习、教师精点讲解、专题设计、课题研究等为主，考试时将该部分的学习情况作为平时成绩计入总分。与此同时，为适应大土木的要求，学校也对土木工程专业的培养方案做了相应的改革，最突出的一点是大三下学期学生可根据自己的学习兴趣和未来的职业意向，自主选择相应的学习方向(如建筑结构方向、地下工程方向、岩土工程方向、交通土建方向等)，每个方向都开设了相当数量的选修课程。

(二)构建多元化、个性化教学模式

在进一步完善多媒体教学的基础上，通过对课后作业和实验教学内容的分类、建立网络互动平台、组建大学生创新团队等措施，满足不同层次学生，以及社会对创新型人才和技术型人才培养的需求，实现个性化教学。

1．教学手段及方法多元化

在现有教学课件的基础上，根据教学内容模块化的要求，进一步完善多媒体课件；通过工程案例录像、动态仿真等手段介绍课程研究对象及内容；建立教师与学生网络互动平台。互动平台主要包括教学资源、土工试验、课程设计、工程实例、前沿专题、解惑释疑等模块。其中，教学资源模块主要包括教学课件、作业习题、参考资料等内容；工程实例模块主要包括设计工程案例、相关规范、施工图纸等；前沿专题模块主要包括环境岩土、土动力学、非饱和土、科技引导等专题，主要介绍一些新的技术、新的理论、有价值的论文、该领域的热点问题等，学生也可通过此模块选择与学科有关的创新课题；解惑释疑模块主要通过网络解答学生提出的各类与课程、考研、就业、注册工程师考试等有关的问题，学生也可参与解答。在教学方法方面，除了传统的教师讲解以外，逐渐改变教学观念，将学生视为课堂主体，辅以课堂讲授、小组讨论、研究性实验和课题设计等。特别是通过网络互动平台，实现学生课下自主学习、师生课下交流等多元化教学。

2．因人施教的个性化教学

(1)增加课后作业量，对课后作业进行分类。考虑到学生层次的差异，将课后作业分为必交作业、习题作业和不必交作业三类［3］。学生可根据自己的能力选做作业。其中，习题作业为课程各知识点的典型习题，是课堂例题的补充，一般1个例题配3－5个习题作业，由学生自己批改作业，教师给出详细的解答过程，以供学生参考；不必交作业主要是考研和注册工程师考试等方面的典型题目，学生可根据自己的时间、未来就业的方向以及考研方向等自主选择。(2)实验教学分类。土力学与基础工程课程是理论性和实践性很强的课程，课程的基本理论、公式等主要来源于实践和实验，实验教学是该课程教学重要的组成部分。为了满足不同层次学生的要求，将实验教学分为常规试验、研究试验和观摩试验三类。常规试验为教学大纲要求本科阶段必须掌握的基本土工试验，如固结实验、直剪试验等，以训练学生的基本实验技能为目的，学生必须选修，且要求按照教师的讲解及规范规定的步骤进行；研究试验为学生根据自己的兴趣和前沿课题提出实验项目及实施方案，并在教师的协助下完成，旨在强化学生综合能力与创新能力的培养，如学生自行设计的纤维土强度试验等；观摩试验是根据具体情况组织学生观摩现场试验或现场实验录像，以增加学生的感性认识和现场实施能力，由教师指导完成。(3)组建大学生创新型团队。通过开设专题讲座和网络互动平台，让学生了解学科的前沿理论和热点问题，结合石油大学大学生创新项目，组建大学生创新团队，鼓励学生直接参与科研，增强其创新意识。目前该课程已组建3个创新团队，有设计纤维土、垃圾土等多个研究课题。(4)加强技能型人才培养。鉴于有相当一部分学生毕业后会直接就业，加之该学科实践性很强，因此，教师常常通过网络平台，传递一些工程资料，与学生探讨设计、施工过程中常遇到的实际问题和解决办法，解答现行规范中的疑问，为学生独立工作奠定基础。3．推进考核方式的改革基于过程性原则、激励性原则、多元化原则和能力性原则，逐步推进课程考核方式的改革，改变一次性结课考试的考核形式，注重对学习过程的考查和学生能力的评价，形成课程最终成绩=过程考核成绩(课堂考核成绩+综合考核成绩)+期末考核成绩的考核方式。其中，期末考核成绩所占比例不超过50%。考核方式的改革进一步激发了学生学习的主动性和自主性，培养了学生的创新意识和实践能力。

三、结语

力学论文【第二篇】

牛顿力学基础改革提纲

马英卓

提要：

牛顿力学由于爱因斯坦注意了“落体失重”现象而建立的理论，有动摇牛顿力学基础的意义。当我又注意了“受力物体质量内部的压强梯度”现象时，抽象建立出关于物体内部新的空间概念及其物理量后，就补充了爱因斯坦的理论里只建立了“广义惯性运动”的方程，而缺“广义惯性力”的方程的缺憾，由此，总结出了新的原理（定律）系统，牛顿力学基础改革应该是阶段性的完成了。至于用此新基本定律怎么协调牛顿力学的机械能部分，还没有深入探讨。

关键词牛顿力学；引力；等效原理；参考系。

一、前言

我在7年前，在互联网上发表了若干关于牛顿力学基础变革的文章，到现在我写此文章的时候，有许多关于物理论文的网站都在陆续转载我的文章，而且有的人还问我：什么时候写出系统的书来。由于我一直独立地搞比较复杂的技术装备研发工作（不搞我就没有饭吃），就没有时间与精力写比较详细的系统的此内容的书来。又由于在有生之年，我也可能来不及写出比较系统的书来。所以，我就先写一个提纲性质的文章，以对我以前其内容比较分散的多篇文章，提供补充与导读。也许我来不及写出系统的专著就离开这个世界，那么，我想，后人就可以根据我的此文章及其它文章，会写出比较系统内容的书来的。

可以说，牛顿力学如果不涉及“引力”方面的内容，应该是个相当的完整与自洽的原理性的理论体系。问题是，引力问题实在是与牛顿力学不可分割的方面（都是同样的物体概念、同样的质量概念），不能把引力某个方面的问题与牛顿力学分割开来。但是，引力问题的牛顿表述，实在是存在许多的不自洽的方面。问题出在哪些方面？其根源在哪里？这是应该清醒地认识到的。爱因斯坦对一个“落体失重”现象与经验事实的注意，引发了牛顿力学基础变革的导火索，然而，遗憾的是爱因斯坦没有完成其基础的最后的变革。为什么爱因斯坦没有完成如此的变革？问题出在哪里？这也是要深入的考察的。我对此方面的问题，进行了长期的探索与考察，我自己认为基本上解决了此方面的许多的问题。下面，我就用提纲性质来阐述此方面的内容。看此提纲的内容应该随时参考我在网上的有关的多篇文章（见后面的参考文献），因为那里可以得到其中提纲里说的有的具体内容。

二、牛顿力学的哲学原则前提

(一)属性问题

1、牛顿力学实质就是关于物体“惯性”方面的经典物理学科（区别于实际物体的其他属性的经典物理学科，比如电性质与磁性质等），是属于适用于宏观世界的物理学科（意味整体天体与微观的客体不同性质）

2、a)属性没有大小问题；b)属性是物体由于某个独特特征而本身具有的，属性是在对它物的关系中体现出来，不同的关系有不同的体现，但是，必须穷举其不同的体现，才可以完全的体现其属性内涵。关系不是属性，关系不决定于属性。像马赫说的什么一个物体的惯性是由宇宙中无数天体关系的总和而决定的说法本身，就是违背了此属性原则。；c）属性没有起源问题（其属性的载体有来源与起源问题）。

3、物体的惯性是由于物体本身有质量的特征而仅是本身具有的属性，它对他物的关系的体现有两个：运动状态（位置关系）；惯性力（作用关系）。缺一不可。以往都仅是把惯性用运动状态来说明，而忽视了“惯性力”方面的体现。这是我们对牛顿力学思维要改变及遵循的基本前提之一。物体的惯性与其表现仅与其所处的空间背景的相应的位置有直接的关系。如果说宇宙中其他因素影响，最多也是间接地影响了物体空间背景的物理性质，而间接地影响了物体惯性的“表现”而已。

（二）参考系问题。

1、原则性问题：

a)在牛顿力学方面，我们必须有个抽象的理论思维角度与实际的具体的运用的区分问题，否则，我们的理论思维是混乱的。

b)在抽象的理论思维方面，作为抽象的原理角度，是在一定的条件下，物体的属性有某些对它物关系的体现结果，来说明其属性含义。就是原理的表述结构。

c)在具体的运用理论原理时，往往是寻找其具体的情况是否适合与近似适合原理条件的问题。不能把具体的问题作为抽象的理论角度来对待。

2、参考系是原理的涉及运动方面的描述工具：

a)在理论抽象角度，参考系实际上就是坐标系。

b)具体操作方面，参考系也是涉及物体系统作为参照物来确定其坐标系原点的含义。

c)但是，目前参考系方面的概念，有许多的错误认识。其最大的错误就是把参考系（坐标系）的空间当做了有物理性质的空间，而且可以随着参考系的不同的运动状态或不同形式的坐标系（比如直角坐标系对应牛顿力学空间，曲线坐标对应引力场等），有不同的空间物理性质。这实在是引起物理理论思维混乱的根源之一。

d)所以，必须解决此混乱的问题。在“理论”上，必须重新约定其合理的参考系问题。下面就约定其中的原则。

3、原理抽象角度上的约定：

（1）可以假定在一个有“物理性质的空间背景”（这应该是理论的新基本概念）条件下，再在其中约定一个参考系（坐标系），其参考系作为基准参考系（也是理论的新基本概念）。

（2）单纯的参考系（坐标系）及其内的空间，没有物理性质，仅是几何性质。

（3）只有基准参考系可以代表其物理性质的空间背景。其他的参考系都仅是几何描述工具性质。力学里的原理性质的物理定律，只在其基准参考系中运用是有效的。比如，教材里说的“虚构惯性力”的问题，就是把仅适用于基准参考系下的牛顿第二定律才适用的问题，错误地用于加速系（确定此加速系本身，就是意味在基准参考系的前提下确定的，而此加速系没有物理性质），而出现了“虚构惯性力”的问题。这就是违背了此条的“约定”。

（4）其他参考系里描述的定律，必须变换回基准参考系后，才是原理性质的定律的正确解释（反之可以是推论性质的定律）。比如科里奥利力问题，完全可以用“在牛顿背景空间里“静止”基准坐标系来描述旋转坐标系（没有物理性质），然后，把其物体随着旋转坐标系的相应的运动表述，转化为基准坐标系的表述（坐标系的变换问题），其中的物体的运动状态，就是受力与否的状态，此受力（外力）状态，就有了准确与明确的物理意义。反之，科氏力的公式本身，就可以是原理性质定律的推论性质的公式。

（5）各种形式的坐标系（比如以形式角度的直角坐标系与各种曲线坐标系等）不能对应各种物理性质的空间背景，因为单纯的坐标系没有物理性质。当然，对于某种物理性质的空间背景的基准参考系的确立，也可以选择适合描述的参考系形式，但是，绝不能就以为此参考系本身有物理性质。

（6）参考系问题，就是其原理条件以及操作性的问题，（原理性质的数学公式应该不涉及坐标系的表达形式）所以，涉及实际的具体的运用参考系时，必须是先考察哪些具体的空间状态近似其抽象原理的空间背景条件，来近似的运用。

（7）目前的力学理论里的“惯性参考系”与“非惯性参考系”的概念必须取消。因为它违背了上述的约定的原则。这是目前引起物理理论思维混乱的最重要的根源之一。

（8）对于从一百年来的“是否有绝对参考系及优越参考系”的争论，实在是应该结束了。这是具体情况具体对待的操作性的问题，不是抽象理论的原理问题。至于有没有绝对参考系，也许人为的用某实验装置可以确定其宇宙中的绝对静止点。但是，在一般的情况下，还是没有必要的。

三、牛顿力学核心的认识缺陷（除了引力方面）

1.实际上，现在的牛顿力学有个前提条件，就是在一个隐含的有物理性质的“空间背景”下适用的理论。然而，都忽略了。（所谓的绝对空间的空间背景，有各向同性物理性质。只有在引力场作为空间背景与其对比，才有此明确的认识。）

2．牛顿力学，现在的教材都把真正的“惯性力”给取消了，严重地影响了对其全面的准确的实质性的认识。惯性力是由于物体本是惯性的原因，对它物（外力）的直接作用。或者说，是对外力的反作用力。（这是目前教材里最关键的没有认识到的问题，这是引起学生认为力学难学的关键根源之一。没有“惯性力”的真实认识的牛顿力学，无论如何都是最大的缺憾。因为你已经讲了“惯性”，怎么没有“惯性力”？惯性不仅仅体现在惯性运动上，也必须有惯性力（非惯性运动）的因素，才可以真正的全面的认识与理解“惯性”。（牛顿力学就是关于惯性的力学）

3．牛顿力学三定律是其理论的原理性质的核心定律。

a)其中的第一定律是对惯性的语言描述的性质（包含有外力方面的内容，但是以往都忽略了此方面，这是一个“硬币”的两面，缺一不可。惯性有被动与主动的对立统一性。这方面的问题，在以前我的文章里已经说过了）；

b)而第二定律是对第一定律的数学表述性质（最重要的，目前还没有认为第二定律就是：“合外力（不为零）是用物体的惯性力—ma来量度的”实质认识。）（也包含了没有外力情况的惯性运动状态内容——加速度a=0.）；

c)第三定律，应该是“体系”定律，不专门是属于“惯性”方面，是与其他力学建立联系的定律（外力，可以包含各种性质的力）。

4.牛顿力学里还有惯性离心力与科里奥利力的表现形式，都是属于惯性力。都可以归结于原理性质的惯性力。但是，目前教材里取消惯性离心力是错误的，而科氏力也没有详细的说明是惯性力由于物体的运动状态的参考系特征的不同，而表现出来的不同形式。其中最主要的认识误区就是没有把“惯性力”作为物体本身惯性属性的原因的对外力的反作用力来看的。

四、爱因斯坦突破的局限性

（一）爱因斯坦的突破

作为爱因斯坦一生总是值得激动与高兴的事，就是“发现”了自由落体的“失重”给牛顿力学基础提出的“难题”。此方面我就不多说了，可以看我的相关的文章。其中最大的意义，就是取消了“引力”认识。（引力的本质就是牛顿在没有引力场概念的情况下对重力现象的错误理解，这是历史的局限性造成的。虽然他反对超距的引力存在）。如此的“自由落体失重”现象让爱因斯坦得出了一个结论，这是我几乎在我的每篇文章里都要提到的，爱因斯坦在《狭义与广义相对论的浅说》著作里加重点号的话：“物体的同一性质按照不同的处境或表现为‘惯性’，或表现为‘重性’。”（把重性与惯性联系起来，而把外力性质的“引力”取消了，具有颠覆与改变牛顿力学基础的意义）这正是爱因斯坦所要表达的核心新认识，可惜，到最后也没有完成他想建立新的牛顿力学基础的原理性质的理论。爱因斯坦晚年的哀叹：没有建立一个有用的概念。这说明什么，就是说一个新的原理总是伴随着一个新的基本概念产生的，这才标志着更深入的认识性质。广义相对论是没有找到把此“话”提升为真正的理论原理的表达方式的情况下的畸形理论系统，我就不在此方面赘述了。在我以前的多篇文章里已经大量的说明了。问题的关键就是，当你由此建立了一个新的合理的原理后，还有必要去趟过去由于不明确的认识形成的理论浑水吗！

（二）爱因斯坦的“落体失重”引起的突破的片面性。

1．作为爱因斯坦的那句话，对牛顿力学基础的变革：就是牛顿力学只有一个背景空间，而惯性主要是其空间里的内容。而物体的本身“重性”的体现，当做了外力性质的虚构的“引力”原因。但是，其“不同处境”，就是给了牛顿力学与其原来的背景空间“平权”的另一个具有物理性质的背景空间，就是“引力场”。而把牛顿力学里的物体的原来看来不同的属性（牛顿惯性与重性）归于了一个属性，就是“广义惯性”。所以，用下面来对比一下所做的基础上的变革：

a）牛顿力学是一个空间背景，同一个物体，两个性质（惯性质量与引力质量）；

b）而爱因斯坦的改变：就是两个空间背景（牛顿力学均匀空间与重力场空间），同一个物体，一个性质（广义惯性）。

2.仅仅如此的新突破，还是欠缺一个环节，就是可以描述在此不同的背景空间里的“广义惯性运动的不同状态”，但是，缺乏的是，又怎么必须要涉及到“广义惯性力”的不同状态呢？爱因斯坦的广义相对论仅是描述了“广义惯性运动状态”的理论（虽然是在所谓的“光”测地线角度来表达的，而且用复杂的数学工具来建立的方程）。这就是爱因斯坦没有解决的方面。缺一个方程，其方程就是描述“广义惯性力”的。但是，怎么区分“广义惯性运动”与“广义惯性力”在不同的背景空间里的问题，没有解决。而“仅用局域惯性系”（可以化为物体内部空间的小p为零的状态，见后面的说明。）还仅是涉及“广义惯性运动”的方面。对于如此的缺憾，我就在物体内部的空间状态上有了进一步的突破，从而补充了其缺憾。没有此补充，就无法更深入的认识其实质问题。看下面。

五、物体内部空间的基本概念的产生而带来的新突破

1.关于物体内部在受力的情况下的内部空间问题，在此就不多赘述了，见我的名为《受力的物体内部到底发生了什么情况》。我在此节，仅是进一步说明其含义。

2.由于在以前我的文章里，涉及到物体内部空间的符号，是用希腊字母“内ρ”或用“P内”及小p来表示。但是，在没有“受力”的文章发出前，此方面的物理含义是没有详细说清楚的。所以，必须要看此“受力”文章，才可以有进一步的理解。

3.此“内部空间”的界定，必须是指物体有质量部分所占据“空间”。就是因为没有如此的界定，爱因斯坦才在此问题上困惑了一生（见他有关著作的补充附录里显示的如此方面的问题），这是影响他重新建立完整的牛顿力学基础原理理论的一个最主要的障碍。

4.必须有个新的物理量的建立与补充，牛顿力学基础的变革才可以基本完成。这个物理量，就是独立的重力场强度。（引力场强度，原来只用牛顿引力公式的物理量，但仅是经验公式的性质，不是原理性质的物理量）在我以前的文章里通常用大P（或外P）表示，（名称可以成为“坦”）

5.这个“坦”的物理量，也是物体内部空间的物理量（量纲相同）。可以说，实际的重力场强度是不均匀分布的（引力势二阶导不为零），但是，一般的来说，物体内部空间的“坦”可以是均匀分布的。（容易建立相关的许多的数学描述内容）

6.这个物体内部的空间物理量之所以说是独立的，是因为可以直接的建立起抽象的“p内”与具体物体（各种物态）内部状态（压强梯度）的“经验”层次的对应关系。如此的压强梯度可以造成具体的物体内部的许多相应的物理变化，比如，一个惯性运动的玻璃瓶撞上刚性障碍物，就破碎了，就是可以用此内部p的大小来作为原因来解释（内部压强梯度迅速变化）。当然，也可以想象如果有这么个引力场强度也是如此的数值，那么，就是不“碰撞”而静止在其引力场内，也会破碎的。也就是说，内p相当于引力场内“静止”的小范围的某数值，也是物体内部的“引力场”。（引力场的空间可以不涉及质量的空间，而物体内部的“引力场”的范围必须是物体的质量所占据的空间，这是必须要强调的“界定”问题。）此段的说明，就是说，已经有了新的概念与物理量，有了新的物理解释的依据内容。以前的力学就是没有建立如此的物理关系。以后的力学，就有了一个新的认识角度，就是把受力的物体内部的物理变化可以有一个新的原因来解释了。这就是新的知识。虽然以前的人们都知道有此现象，但是，没有建立起受力与物体内部物理性质的内在联系的原理性质的认识，或仅是经验的认识，而不是抽象理论层次的“本质”的认识。这就是在牛顿力学在基础上变革的最重要的补充方面。这有指导实践的意义。

7.如此的建立个新的物理量及概念，可以看出，相对于以前的关于弱等效原理的表述来说，这已经是属性性质的认识了，以前的认识还是经验的认识层次。比如，说人在没有引力场空间（牛顿背景空间）里的加速上升的升降机里的“有重”的感觉，等效于站在地面上的有重的感觉。感觉毕竟是没有看到问题的本质。实质上是，此有重的感觉是由于人的身体内部会有“压强梯度”情况出现，才是感觉出有重的原因。这就是其真正的实质的原因。至于强等效原理，则是应该慎重认识的，因为没有经验事实基础（不能成为原理理论性质的理论原理，也许而仅可以于构造理论的性质贴点边）。而爱因斯坦的光在“横向”射入没有引力场空间背景情况下的加速上升的升降机里的弯曲路线的“思维实验”，实质仅是运动学里的“速度的合成问题”，没有物理意义。所以如此角度的等效的对应引力场，认为引力场内光线弯曲的原因是如此，是没有道理的。所以强等效原理应该是没有经验事实基础的。

五、新的原理性质的核心基本定律

当我把此物体的内部（有质量占据的空间）问题“抽象出来”，增加一个新的物理量后（与引力场强度物理量纲相同），就是说，在新的物体内部空间基本概念及物理量建立后。就有了建立新的牛顿力学原理性质的定律的条件了。于是，就在牛顿惯性与爱因斯坦前面的话基础上，建立了两个“统一”的原理公式（广义惯性力定律与广义惯性运动定律）。而且也做了习题解法的介绍。于是，爱因斯坦真正的改变牛顿力学基础（出发点）的目标与意义，应该说，就在我总结的原理公式那里得到了实现。详细的内容请看我后面列举的文章。此两个公式，不必要用复杂的数学工具，而仅用初等数学工具（矢量）就可以了，如此新的“定律”就可以直接进入中学的物理教材里。在此节，我做以下的补充说明。

1.此原理系统，仅是涉及到宏观物体（质量）与其占据的外部空间背景的物理关系。但是，由此，可以有一个新的观念，就是说，天体引力场系统应该仅是“主体与客体”的关系。主体提供引力场，而客体仅是作为“场的荷”意义。（原来的引力场内的物体的广义惯性力——重力是场强与质量的积的公式，已经是属于我的两个原理公式的“推论”性质了。）而原来认为牛顿引力公式里的两个物体（质量）之间直接存在“超距引力”的观念下来计算的思维模式，应该取消了。没有什么原来理解的二体与三体的引力问题了。这也是牛顿力学基础的很重要的变革方面之一。

2.新的原理性质的三个定律：a)广义惯性定律；b）广义惯性力定律（公式）；c）广义惯性运动定律（公式）里，就有了两个公式了。如此就可以用此公式，可以根据其中的物理量的特殊情况推论出牛顿力学里的其他公式，同时也包含了“等效原理”的本质含义。这个意义就是，原来牛顿力学的没有内在关系的物理意义的公式，统一在这两个公式里，就有了确切的物理意义。于是，目前的牛顿力学教材里的许多的“模糊不清”的物理含义，就应该消失了。标志了在牛顿力学的范畴内的对自然界的更深入的认识，牛顿力学开始进化为新的阶段了。

3.此原理系统没有涉及引力场产生的根源问题，在此仅是给定一个引力场空间；其次没有涉及引力场的结构等方面的描述（这是另外的相对独立的物理学范畴），以及物体在引力场内的运动轨迹状态的等问题，这可以依据此原理系统进行复杂数学工具的延伸描述。而引力场本身问题，是个独立的需要继续研究的科学领域。至于，由引力场角度，用于宇宙学方面，我不多发表看法，因为，抽象的理论性质的宇宙与实际的我们在哈勃望远镜里看到的宇宙，不是一回事。（实际的宇宙本身的物理认识，我们才刚刚开始感性认识性质，而且我们需要知道的还大多不知道）

4.问题严重的是，现在把引力场的产生原因仅是归结于大质量，实在还是牛顿的认识，重力场应该是整体天体在演化过程中产生出来的，不是质量自然具有的，这方面我在以前的文章里做了说明——也是很重要的有待继续证明与证实的结论。

5.对于我总结的广义惯性三定律里的第一定律的语言表述，可能许多人都不可“理解”。是因为其中用的小p或内ρ为零来说明其广义惯性运动状态。实在是抽象。但是，如果你用“失重”角度来理解，就非常的容易了。但是，作为一个原理，是不能用“感性”非科学语言来表述的。必须是客观的抽象的角度来表述。它的语言表述仅是对属性的含义的表述。如果要理解其含义，也很简单，用感性的角度，就是说，凡是“失重”时候的物体（包括我们身体自身）的运动状态，都是广义惯性运动状态。反之，亦然。

6.我还是要着重的申明，我们必须放弃已经形成的某些牛顿力学观念与思维定势。比如，说什么也不理解，物体在重力场中的下落趋势，是由于物体的广义惯性，是物体“本能”地要下落，而总觉得有个无形的外力造成的。这就是需要超越我们的感性认识，达到抽象的理性的认识。必须知道，在自然界里，还有由于某属性物体，在某情况下，是可以“主动”改变自己的运动状态及主动作用其他物体的。在牛顿力学里的势能概念，也可以说就是说该物体由于有“能”，可以主动改变自身的运动状态，从而也就是解释了重力状态与自由落体运动状态的原因，而不是引力。静止在引力场内的物体（重力状态），可以看做获得了引力场的“能”，而不是虚构的“外力”性质的引力。

7.还有一个最重要的思维范式的变革问题，就是目前的教材里，把正在公转的物体（非平动）的惯性离心力，当做了有一种物体的外力（无形的，没有作用来源的力，说不清，反而取消了离心力）在作用，实际上是物体本身惯性原因，反作用于“阻止”其离心的外力（向心力的具体方面），另外，有的人把此情况当做了外力性质的离心力的“势”来看待也是错误的思维范式；而已经正在离心了，那就不是由于惯性离心力的问题了，而是惯性运动状态了。以此为例，可以引申至其他同类方面的认识转变，包括原来的引力思维模式。

六、我的主要文章目录：

1马英卓，惯性力学与整体科学体系，《科学》（科学美国人中文版，2000年第七期）。

2马英卓，等效原理的对与错，《当代物理世界—物理论文集》网站。

3马英卓，万有引力失灵了吗？《当代物理世界—物理论文集》网站。

4马英卓，用惯性力学三定律解力学习题，《当代物理世界—物理论文集》网站。

5马英卓，研究物理的终极目的是属性，《当代物理世界—物理论文集》网站。

6马英卓，受力的问题内部到底发生了什么情况，《当代物理世界—物理论文集》网站。

7引力神话的根源—解释惯性力学三定律。《当代物理世界—物理论文集》网站。

注：用上面每篇文章的名称作为关键词，可以在任何的网络搜索引擎里搜索到。可以看到其中的内容。以上文章也可以用我的名字：《马英卓》，作为关键词，在网上可以搜索到。

七、最后的总结

1、牛顿力学变革后，也仅是关于物体的惯性（包括牛顿惯性与重性）的物理学科。或叫做惯性力学也可以。其中必须是有质量这个基本概念为标志。仅适用于宏观范畴。

2、牛顿力学里有个隐含的有物理性质的空间背景问题，而变革后，就有个两个背景空间前提：牛顿的各向同性空间背景与引力场空间背景。

3、在背景空间里，有个代表其空间背景的物理性质的参考系（坐标系），约定为基准参考系。所有惯性力学里的原理性质的公式，都必须在此基准参考系里有效，而其他非基准参考系里的公式变换回到基准参考系后才可以有确切的原理解释性质。

4、广义惯性力（包括牛顿惯性与重性——已经没有了虚构的引力与惯性力之说）是由于物体本身惯性的原因，对外力的直接反作用力。

5、牛顿的惯性运动状态概念已经变为只要是物体是“失重”（此失重的抽象说法是内部空间问题）的运动状态都是惯性运动状态。至于到底是什么运动状态，取决于物体所处的空间背景的特征。可以用新的定律来进行计算出其运动状态。

6、物体内部的有物理性质的空间，等同于引力场的很小的局部空间。可以直接的对应物体的具体形态的内部空间里“压强梯度”，可以作为此压强梯度产生的原因的说法，也可以间接地解释由于此压强梯度的具体物体内部的相应的物理变化现象。

7、此惯性力学（对牛顿力学的基础变革后的力学），仅是关于物体（质量）与其背景空间关系的问题，而对于背景空间本身的问题，不涉及，尤其是引力场背景空间本身的问题，不涉及。这个“本身”的问题，这是需要物理学继续研究的相对独立的范畴（比如熵空间与负熵空间的问题也涉及此“本身”问题）。

8、由于原来的牛顿力学里的许多公式，尤其是涉及重力及引力的公式，都比较分散，现在都统一的可以由新总结的广义惯性的三定律演绎出来，成为有特殊情况下的推论性质的定律或公式了。其意义就是变成了有内在物理关系的公式系统，标志了对该领域的物理意义的更深入的认识，也标志了理论的统一的自洽性。标志了牛顿力学进化为新的阶段。牛顿力学在基础上的此变革，将告一段落了。相应的就是需要教材的改革了。

力学论文【第三篇】

引力神话的根源还是牛顿力学隐含的绝对空间等狭隘的观念、概念及其第一二定律。有两个测量事实与“所有的物体之间都有引力”的结论有矛盾，说明有产生重力场的物体与不产生重力场的物体之区别。以几个经验事实为基础的牛顿力学与广义相对论就决定了它们的适用范围，超出了其适用范围的理论部分就成了垃圾理论。

前言

只知道用所学到的知识思考世界，而不思考我们的知识本身，是不能很好地认识世界的。知识是用一种观念及一系列概念来建构的，我们的科学研究的一个重要方面，就是还要探索这些观念及概念的产生的根源及其它们之间关系的合理性。产生错误认识的许多因素中，除了受到所获得的客观事实的不全面而带来的局限性一面外，还有我们思维的缺陷而带来的因素。我们在研究科学（包括理论研究）过程中，所遇到的许多困难及无意义的研究方向，往往是由于我们思维的缺陷所造成的。完善我们的思维，也是我们科学研究的很重要的方面。目前关于“引力理论”的研究所遇到的所有困难中，很多的因素是由于我们思维的缺陷所造成的。在我发表的文章中（包括本文），许多内容就是在探讨哪些困难是由于我们思维的缺陷所造成的结果。

请读者注意：在看我写的文章的时候（包括本文），我是假定读者已经浏览了我已经在杂志与在网站上发表的所有的文章。而在一些文章里，有些内容有重复的地方，这不是有意的在浪费读者的时间，而一是因为每篇文章的侧重面不同；二是由于要弄清“引力”问题要涉及到哲学（认识论、方法论等方面）、逻辑学、科学史、理论的一些观念、概念及命题、数学公式、现象等等方面，我不得不分头去论述。我会在适当的时候写1篇“精练的有头绪”的文章的。但是，根据认识过程的“规律”，我还是分头写一些文章，会先给读者一个“感性”的认识的。然后，再看我最后的“精练”的文章，会有更深的理解与体会的。

（一）牛顿力学“力概念”的双重涵义

1、直接作用与超距作用的双重涵义（误区1）

人类是从对改造自然界的过程中来认识自然界的，是人类的感觉器官的感觉直接获得外界的“信息”而有“感性”认识的。从原来物理学科的分类角度，就充分地说明了这一点，说物理学是关于“力”、“热”、“声”、“光”、“电”、“磁”的学问，除了电与磁的因素，其力、热、声、光四大因素，恰恰是与人的触觉、听觉、视觉相对应的。而力概念最初是人类的肢体对外在物体的“直接作用”（推、拉、拽、抛等作用）的过程中建立起来的。当把具有感觉性质的“力”外化为客观（理性）的概念性质后，力概念最初的涵义是“物体对物体的‘直接’作用”。但是，在今天的教科书里，说“力”概念时，已经把“直接”作用性取消了，变成了“力是物体对物体的作用”的定义了。也就是说，还有“超距”作用情况也包含在内了。其概念的内涵被无意地扩大了。然而，今天的绝大多数的人在运用“力”概念时，都还有回归到“直接作用”性上的理解才感到“塌实”的心理趋向。所以，就引起了一个要把一切“超距作用”回归到“直接作用”性（接触力，也是作用方式力）上的研究意向。此意向的研究“假说”在过去与今天，随处可见。比如，到今天，还有人在假设什么“微粒子”（有各种各样的名称）或什么连续媒质（什么以太等不同的名称）变为“直接作用性”来解释“引力”的“超距作用”，在“场”的概念出现后，也出现了把引力场变为弥漫在场空间里无数的无形的飞来飞去“微粒子”或是无形的连续媒质对物体的直接作用的解释。此类的解释性的“假说”的实质就是此“意向”的产物。这是一个无形的“陷阱”，是一个误区。是在无形地无情地消耗浪费无数人的才华和精力。

实际上，所谓的“超距作用”力概括来说（仅指宏观现象范围），就是引力、电场力、磁场力这三类力（非接触力）。我对“引力”与“引力场”已经在我的惯性力学三定律里已经取消了超距作用性的解释。有了实实在在的解释。而对电场力与磁场力，可以借鉴我对引力（或引力场）的解释（属性力的解释）。在具体一起运用惯性力学三定律与电场、磁场有关的数学公式时，是把它们的强度加在一起来计算合理还是分别转化作为“外力”角度来计算合理，我在此方面没有深入地研究。这是惯性力学的基本命题与电磁性力学的基本命题合理衔接的问题。

本节结论：

所以，如果避免理论思维的混乱，就应该把“力是物体对物体的‘直接’作用”涵义当作力概念的唯一的定义。2、力是作用与力是物体加速运动的原因的双重涵义（误区2）

实际上，牛顿力学力概念有“力是物体对物体的直接作用”与“力是物体加速运动的原因”这双重涵义。我在我以前的名为《惯性力学与整体科学体系》的文章里，我提到过“力概念”的双重涵义所造成的理论思维的混乱，但没有详细地论述，在此我进一步地说明一下。

此双重涵义，实质上是作用与作用的原因的区别。古代人认为力是使物体运动的原因。而后来伽里略又准确地把力定义为时，实质是在客观（理性）的角度来定义的。

当初牛顿为什么会认为“自由落体运动（加速运动）与行星公转的向心加速度”有“力”正在作用之呢？把此种“力”称为“引力”。当然是由于“力是使物体加速运动的原因”的观念了。

问题的关键：是不是所有物体（仅指宏观物体）的加速运动的原因都归于“力”（外在的作用）。力是使物体加速运动的原因是一码事；物体加速运动的原因是否都是由于力的原因，是另一码事。然而，如今的人们把此两码事当作是一码事的观念是根深蒂固的。引力错误概念的根源就在于此。

当我提出了惯性力学三定律后，“力是物体加速运动的原因”的结论是有条件的结论了，也就是说：只有在牛顿绝对空间里，此结论才成立。也可以说：在重力场里，“力是物体静止或匀速直线运动的原因”了。而自由落体的加速运动的原因是由于物体的“广义惯性”及重力场的属性，不是由于“力”。牛顿之所以用虚构的“引力”来解释，是因为当时还没有重力“场”的概念。反过来，在牛顿绝对空间里，物体的惯性运动状态是静止或直线运动状态；在重力场里，物体惯性运动状态是除了静止或平动运动状态以外的其它某些运动状态。

牛顿第一二定律是仅适用于牛顿绝对空间的定律；伽里略自由落体定律与阿基米德浮力定律是仅适用于局部重力场空间的定律；牛顿的“引力”定律是适用于大范围整体重力场空间的定律；牛顿第一二定律、伽里略自由落体定律与阿基米德浮力定律、牛顿的“引力”定律是在我的惯性力学三定律的分别特殊条件下成立的定律，是其推论。牛顿“引力”定律的合理实质是重力场强度的平方反比率。3、关于惯性质量与引力质量（误区3）

在引力神话没有“破灭”之前，才会有人把所谓的惯性质量与引力质量相等当作了“等效原理”（所谓的弱等效原理）本身。实质还是认为有“引力”而产生的结论。当我总结出了惯性力学三定律后，就没有了什么惯性质量与引力质量之分了。我打一个比方：一个演员在某一个剧场演一个“坏人”，又在另一个剧场演一个“好人”，我们能说一个坏人与一个好人相等吗。而是说“一个”人由于其演员的“性质”在不同的场合可以表现坏人在另一个场合又可以表现一个好人。也就是说，应该这样认为：一个物体的同一质量由于其同一广义惯性在绝对空间里表现为“惯性质量”（牛顿惯性），在重力场空间里表现为“重性质量”。实际上，以后没有必要再分为两种“质量”了，都统一为“广义惯性”质量了。而“广义惯性力”的定义是：“物体对其合外力（合外力不为零）的反作用力。”（见我的惯性力学三定律中的“广义惯性力定律”。）在此定义中已经取消了“引力与外力性质的牛顿惯性力”了。如果承认“引力与外力性质的牛顿惯性力”存在，此定义就不成立。4、主动作用与被动作用（误区4）

物体的广义惯性对立统一性，在我的前面的文章里提到过，但我没有强调，在此我特别强调一下。

1、力作用的主动性与被动性是相对的。当我们用手“推”一个物体时（合外力不为零时），我们会说此物体有被动性（惯性），但是，这是针对物体而言的。当我们针对我们的“手”而言，为什么不可以说物体主动作用（由于惯性属性）于我们的手呢。

2、物体处在广义惯性运动状态时（失重状态时），有被动性；物体处在非广义惯性运动状态时（有重状态时），有能动性（主动性。去掉了“引力”的理解。）。举一例：以地球重力场的角度，当我们手拿着一个铅球时，此铅球（物体）就有能动性，它有挣脱你的手（外力）而要下落的趋向。当你松开你的手时，此铅球就开始了自由落体运动。此铅球在没有到达地面之前，是处在广义惯性运动状态，是没有外力作用之（或合外力为零），又具有了被动性。

目前教科书上解此类习题，是把手拿着铅球时，当作合外力（把重力也当作了外力）为零；而此铅球正在做自由落体运动时，当作合外力不为零。实质上，恰恰相反（可用我的惯性力学三定律来解）。

5、属性的原因变为外力原因（误区5）那么为什么静止在地面上的物体或我们每个人在拿一个物体时，还认为是有外力在作用此“重物”呢？这可是牛顿以后的人们的认识了，因为，先有了“引力”的解释。实际上，如果一个人没有学过牛顿力学，他就会像牛顿以前的人们一样，认为是由于物体有“重”的性质，才有“重”的感觉。此时的“重力”是物体作用在“手”上的。当牛顿“发现”了“引力”后，“重力”才转化为“外力”的认识。于是，成了外力性质的“重力”作用在物体上，然后，又通过物体再作用在手上的认识。如此的认识的“转化”，就成了一个“思维”定势（固定的观念）。由于教育的普及，今天的人在他降生在这个世界上几年后，就会知道他手里拿的“物体”有“重”的感觉或松开手后其物体就会自由下落的现象是由于“地心引力”的原因。（实际上，当物体在重力场里，自由落体运动是广义惯性运动状态；而静止在地面上时的运动状态是非广义惯性运动状态。但是，在经典力学里，是没有此区分的，认为都是有“引力”正在作用之。是糊涂认识。）实际上，人们在手拿着“重物”时，是这样理解的：就像有一个“橡皮筋”正在“拽”着此“重物”（无论是拿着还是松开手此物自由落下）。如此的思维定势，已经深深地固定在牛顿以后至今的人们的头脑中了。当我说到此时，我也深深地感到不安，人们是不会容易改变此思维定势的。真是“撼山易，憾传统观念难”。（如果我用我的惯性力学三定律教没有学过牛顿力学的中学生，可以说，仅用一个星期时间就可以教会，为什么？因为他们还没有牛顿力学的思维定势。）就是爱因斯坦，也没有“敢”改变它，也只不过“喃喃地”说了句“物体的同一性质按照不同的处境或表现为‘惯性’，或表现为‘重性’。”此后，爱因斯坦就转入了“弯曲空间”方面去了，特别是“光”的方面去了。实际上，当我明确地提出了惯性力学三定律后，此爱因斯坦的话应该是这样说：“物体的同一性质（广义惯性）按照不同的处境（绝对空间或重力场空间）或表现为‘惯性’（牛顿惯性），或表现为‘重性’。”

但是，之所以说爱因斯坦是伟大的“天才”，就是因为在“司空见惯”的现象中看到了不寻常的地方——爱因斯坦在1907年在伯尔尼专利局工作时，就注意到了一个现象：一个人在自由下落时，感觉不到自己的重量（失重。这是伟大的科学发现，虽然所有的人都知道这一点。所谓的科学发现不在于谁知道，而是在于谁认识到某现象在科学上的价值和意义。），这是爱因斯坦建立广义相对论最初的动因。而牛顿第二定律中的“加速度”的物体是“有重”（惯性力）的。出矛盾了！于是，我们的科学界也会“变戏法”，干脆把牛顿第二定律的含义再改变一下吧——在“绝对空间里”，如果出现了物体对外力的反作用力，那么干脆就把“惯性力”也变为“外力性质”的“力”吧。就像把“重力”变为外力性质的“引力”一样。“一波未平，一波又起”，此外力性质的“惯性力”又成了“没有来源的力”了。因为“引力是有来源的力（地心质量来源）”。紧接着，在“绝对空间”里的加速系里的“自由加速运动的物体”也被认为是有一个“惯性力”在作用之，但是，此没有来源的力，不好说，只得说什么“虚构力”了（实质是在“重复”运用牛顿第二定律。）。于是，此外力性质的“惯性力”的来源问题（连中学生也会常常提出此让老师难堪的问题）就成为一个永远也解不开的谜。{又引得许多人来假设什么存在真空中有一种“连续媒质”作为阻力来解释（代替）其外在性质的惯性力。在科学领域，由错误的前提产生的“迷”太多了，浪费了多少的仁人志士的精力！比如什么“双生子佯谬”、黑洞等等。}如果读者对我提出的“惯性力学三定律”有了一定的了解（我并不奢望理解），应该觉得此“迷”有了答案。在我这里，牛顿惯性力与重力都不是外力性质的“力”了，而是物体本身由于其“广义惯性”的原因，是物体本身作用与合外力的“力”了。

当初牛顿提到“引力”的解释的时候，已经意味着一个结论：所有的“物体”（质量）之间都有引力。这实在是一个似是而非的结论。当初牛顿说自己在此方面的成就仅是发现了“自由落体现象与行星公转现象”是属于同一个性质（严格说来，此发现的证实，在“航天器进入太阳系空间里时”才算真正地实现了。）这是一码事；而此同一个性质到底是什么？又是一码事，也就是说，把此同一个性质归于“引力”是另一码事，这是我们认识的分水岭。也就是说，此同一个性质还可能有另外的解释的“余地"。此另外解释的“余地”，就是爱因斯坦的重新回到“重性”的解释。当爱因斯坦发现了物体的“重性”与牛顿惯性是同一属性的时候，已经意味着牛顿力学的基础被动摇了，牛顿力学面临着“重组”（观念、核心基本概念与命题及其它们的关系的重新调整）的境域。当物体的牛顿惯性与重性统一后，要分出在什么情况下表现为牛顿惯性或表现为“重性”，就出现了新的问题——出现了牛顿力学里没有的物体的不同的外部空间的新情况。要不是爱因斯坦在空间（场概念的出现）问题上出现了长期的“困惑”，及引入了“光”因素而走了弯路，此“重组”的问题早就解决了。当我总结出了“惯性力学三定律”后，应该算是解决了“重组”的基础前提问题。现在看来，当初牛顿正是由于没有不同“空间”（场概念）的意识，而是用“虚构”的“引力”来弥补他的理论系统的“缺口”的。遗憾的是，当初牛顿自己都怀疑的“引力”解释，到如今，已经成为根深蒂固的思维定势了，上至物理学诺贝尔奖得主下到学龄前儿童，当看到“苹果落地时”都是在用一个“虚假”的原因来解释：由于地心引力。

（二）相对论的实质

二十世纪初以来的所谓的理论物理学两大“板块”——相对论与量子力学，是适应了人类向宇观与微观认识扩展的背景而产生的新的理论。量子力学是一科在思维方法与观念相对独立与独特的“纯”关于微观的学科。所以，我在此把它拿出来放在一边，不涉及它。而相对论是分为狭义相对论与广义相对论的。相对论所对应的现象范围与牛顿力学基本上是一样的。所以，相对论应该是牛顿力学（经典力学）进化与扩展方面的理论。关于相对论的看法已经在我以前的文章里零散地议论了，我在此不多说了，在此仅进行对我以前的看法进行归纳和总结一下。1、狭义相对论的实质

狭义相对论的实质仅是以某种物理信号的传播的速度与信号源的运动速度无关的性质，{像水表面波、声波、与光（电磁波）等为载体的信号都有这种性质。}在信号接受器与信号源相对运动的情况下，其信号接受器所接收到的信号时间间隔出现了变化的结果。但是，目前人们的理解把它的涵义扩大了。以为客观的时间真的可以变化。什么人在接近光速的情况下，其寿命（客观时间）可以延长的理解是错误的。狭义相对论与牛顿力学的关系，仅是把牛顿力学的纯运动学的内容方面增加了一个新的内容，是有“测量”意义的相对独立的小理论。不能把狭义相对论当作独立于牛顿力学之外的或把牛顿力学当作是其“低速”情况下的理论。

2、广义相对论的实质

有人说广义相对论的实质是关于“空间、时间与引力”的理论，是有一定的道理的。那是因为确实把空间（场）问题作为力学里的一个新的基本概念及新的前提而提出来了。也就是说，在牛顿力学里引进了一个新的基本概念及新的前提。从而，牛顿力学的基础需要重新调整了。我认为我所总结的惯性力学三定律就是重新调整的结果。广义相对论是惯性力学三定律之前的过渡阶段的不完善的理论。在惯性力学三定律中的运动定律里，P外为零的情况下，就是意味着是物体的外部空间是牛顿的绝对空间；P外的不为零的情况下，就是意味着是物体的外部空间是重力场空间。当我总结出了惯性力学三定律后，以前由于广义相对论的过渡性质的不完善性而造成的许多理论思维的混乱及理论的混乱，就应该结束了。3、空间前提与判断空间的区分

在惯性力学三定律里，牛顿绝对空间与重力场空间是理论的前提是一码事；而怎样了解、判断与区分它们又是一码事。广义相对论在此问题上是模糊不清的。物体的“短程线”运动，（在广义相对论里，用“光”的短程线运动来说明）就是物体的“广义惯性运动”。当物体的短程线运动是匀速直线运动时，就可以判断物体的外部空间是牛顿绝对空间；当物体的短程线运动是非匀速直线运动时，就可以判断物体的外部空间是重力场空间及了解重力场空间的结构。

广义相对论用短程线运动来定义重力场（引力场或弯曲时空），同时又用弯曲时空来解释引力，又用弯曲时空的曲率的无穷小来定义牛顿绝对空间。实质是判断性质的思维方法。把此方法又当作了理论的前提，就造成了理论思维的混乱。当然，也是爱因斯坦糊涂，是在没有认识到短程线运动本身就已经解释了引力涵义的情况下，糊涂地说什么弯曲时空“造成”了引力（逻辑循环错误）。真是一笔糊涂账。以至于他以后的科学界就有了一个定论：广义相对论是把引力归于几何性质的理论。广义相对论的又一笔糊涂账是牛顿绝对空间与“欧氏几何”及直角坐标系对应，弯曲时空与黎曼几何及曲线坐标对应。把什么参考系、真实的背景空间、坐标系、运动的空间（四维时空）、场的属性（物理意义的空间）等等胡乱地混在（排列组合）一起，造成了理论思维的极度的混乱，如此混乱的结果在今天的有关的书及论文里到处可见，实在是悲哀。

当许多的理论物理人士被广义相对论的混乱不堪的状况折磨得不成样子以后，就企图用量子力学来解决“引力”问题。但是，爱因斯坦已经在他的名为《相对论的意义》一书的最后就告诫想用量子力学解决引力问题的一些人：“……但是无人知道怎样获得这种理论的基础”。也就是说，没有引力与微观量子有关的经验事实基础，此企图是行不通的。

4、关于熵空间

牛顿绝对空间与熵空间及有重力场空间与负熵空间的区别是：负熵空间是具有复杂物理性质的空间，是我们科学要继续努力探讨的空间。熵空间在形式上（不是实质）有“各向同性”，负熵空间则没有“各向同性”。有无重力场空间仅是熵和负熵空间复杂物理性质中的一方面。一般的来说，有重力场的空间就是负熵空间，仅在恒星、行星及某些卫星周围存在。

5、关于参考系问题

参考系问题是力学的操作性问题，有一定的“人为性”。这是属于“科学共同体”约定的问题。我在此不进行抽象地长篇累牍地来说明。我仅仅举一个实际的例子。对“太空实验室”里的“失重”状态，有两种选择：一是把太空实验室里的任何物体（包括小微粒等）都看作是围绕地球公转的“物体”来对待，其参考系是地球，其背景是地球的重力场空间；二是把太空实验室里的空间及其“邻域”“当作”“绝对空间”，但是，此“绝对空间”的真实背景仍是地球的重力场空间。背景空间是“绝对的”（客观的）。不能把坐标系与背景空间混在一起。

（三）“重力场是产生出来”的事实根据

还有一个非常重要的问题。就是重力场的产生问题。此问题几乎在我的所有的文章里都提到了。我在此节补充了一个新的事实，就是我在杂志上发表的名为“引力是产生出来的”的文章里着重提到的一个被人们忽视的事实。（那篇文章之所以没有直接说“重力场是产生出来”，是因为当初我担心杂志的“编审”不能通过我的关于“引力”内容的第一次发表的文章。）

牛顿的“任何物体之间都有超距的引力”的认识有两方面的错误：一是任何物体[没有区分开有演化过程的天体物体（整体天体，见我以前的文章）与没有演化过程的物体（包括某些天体）]；二是引力（由牛顿惯性的局限性产生的）。关于“引力”本身的错误我已经讲了。

牛顿的“绝对空间”是自然而然存在的；但是，重力场如果也是“自然而然”存在的，就会出现了难解决的新矛盾。在爱因斯坦那里，重力场（他说是引力场）的产生问题是被明确“搁置”的问题（见爱因斯坦的有关原著）。物体的“广义惯性”的不同表现问题仅是物体与其外部空间的关系问题，是一个相对于“重力场产生问题”的独立的问题。同时，爱因斯坦也试图把“自然而然”存在的“牛顿绝对空间”问题转化为“不存在”的问题，也就是说，当作“弯曲空间”的曲率半径无限大的极限情况。以此可以回避重力场的“来源”问题。

我之所以说有了牛顿的“任何物体之间都有引力”结论，那么什么引力场概念或什么“等效原理”（低速的）及我的惯性力学三定律，都没有成立的必要。为什么？因为有了“引力”何必用“场”呢，（力与场的概念上的理解，我已经在我以前的文章里多次阐述过了）不是多余了吗。如果我们承认“引力场”概念，那么牛顿的“任何物体之间都有引力”结论就无形地转化为“任何物体（质量）周围都会‘自然而然’存在引力场”的结论。如此的推论，就会产生新的问题新的矛盾：用物体依其“广义惯性”在重力场里运动，那么，此物体本身的周围是否也有“引力场”？如果有，那么此物体本身的“引力场”与其不是本身的引力场有什么关系？是谁在谁的引力场里？那么物体本身的“广义惯性”有没有必要存在了？……。有人说什么：爱因斯坦说的，如果手里拿着一根铁棍，让它高速旋转，就会产生“引力波”（我也不知道此说法的出处）。如此的推论，不还是牛顿的前提吗。目前在此问题上的思维的混乱不是到处可见吗！我的结论是：牛顿的“绝对空间”是自然而然存在的；但是，重力场可不是自然而然存在的，是产生出来的。（于是，什么“引力波”存在的结论是没有根据的。既然是没有根据，为什么还要花巨资建造设备去企图发现根本就不存在的“引力波”。）那么，就必须取消“任何物体（质量）都可以‘产生’重力场”的结论。”问题的关键在于是不是所有的“物体（质量）都会‘有’重力场”。如果都会有，那还是回到牛顿的“引力”那里去吧，何必还要什么“引力场”、什么“等效原理”、什么惯性力学三定律等。如果“不”都会有，则必须有“事实根据”：哪些物体之间没有“引力”，哪些物体之间有“引力”。于是，问题就转化为“物体”上了。也就是说，客观物体必须有区别，也就是不仅仅都是有质量，就没有了区别，而是除了“质量”的共性以外，还有区别。此区别，我已经在我以前的文章里说过了。

我现在列举两个观测事实：（我担心有的人没有看到我在杂志上的文章，我就在此重复叙述一下。）

1、在“海洋中，按重力理论（注：是指牛顿引力理论）应该引起很大的负值重力异常，可是重力异常却接近于零。（注：在海洋面位置，地球的重力等势面与海洋面同一。在海洋位置的重力等势面的重力值是地球“整体”的“平均”值，也就是基准值或正常值。所谓的重力异常，就是偏离此正常值。而海洋的“质量”小于地壳固体的“质量”，按牛顿的“质量小引力也小”的理论，所以，应该引起很大的负值重力异常，但是，实际测得的结果是重力异常接近于零，说明地球的局部质量没有“引力”效应。）在山岳地区应该引起很大的正值重力异常（大于正常值），但实际所测得的结果往往小于正常值。”（摘自《物理通报丛书》，第二集，《近代物理学介绍》第236页，科学技术出版社，1959年版）（注：此在山岳地区实际测得的值也是说明地球的局部质量没有“引力”效应）

2、“发现了由喜马拉雅山的吸引力（是牛顿引力）对垂直线的影响，只占山应有的吸引力的三分之一。在南美洲及其他地区也发现了类似的现象。甚至有人测量因山的吸引力而发生的倾斜，不仅为零，有时还为负数。”（摘自李四光的著作，《天文、地质、古生物》第78页，科学出版社，1972年版。）（注：所谓的“应有的吸引力”是指在正常的山的质量按牛顿引力计算的值。此测量结果说明山的“质量”大小与“引力”无关。）对于此类测量结果，有人就提出了地壳均衡代偿假说来解释此现象。但是，李四光作为一位严谨的科学家，又指出了：“事实上，地壳各部分均衡代偿现象是极不均衡的”（该文的第80页）。也就是说，此假说也不成立。于是，只有一个解释，无论山的质量有大有小，都没有牛顿的引力效应。

总结以上的两个观测事实，地球上的局部质量没有牛顿的引力效应。而作为地球的“整体”才有“引力”效应。可想而知，卡文迪斯的实验结果应该是“虚假”的。也就是说，连山的“引力”都没有，何况是比山的质量小几个数量级的实验室里的两个小球！那么，就只有一个结论，仅是像地球一样的天体的“整体”才有重力场。可以说：我总结的惯性力学三定律是对前人成就的总结，没有给人们带来真正意义上的“新的知识”，那么，我又可以说，我的“仅是像地球一样的天体的‘整体’才有重力场”的结论，才给人们带来了真正意义上“新的知识”。惯性力学三定律与此结论在理论逻辑上有其自恰性。

关于进一步的“整体”方面的论述，我已经在我以前的文章里基本上叙述了。在此，我就不重复了。由于我在杂志上发表《惯性力学与整体科学体系》文章时受篇幅的限制，有一段关于“整体概念的哲学角度的定义”没有写上去，我在此文补充上。如下：

{哲学上的整体概念

整体这一词的内涵是：整体是若干要素以一定方式联系起来的统一体。以前哲学及日常概念中的整体概念往往与“总体”混在一起，总体概念没有“若干要素与联系方式”内涵。上面“整体自然观的本体论”一节所列举的整体就是整体概念外延的自然整体部分。所谓联系方式就是结构。整体有其本身要素所不具备的性质。整体观有联系观（结构）与发展观（变化的目的性与演化性）两大组成部分。当说到“世界是具有普遍联系的整体的时候”，这也是笼统的认识。只有整体观及整体的结构观才有其清晰的认识。

从整体的组成要素角度，整体可分为基本整体与系统整体（系统整体这一词在具体运用时，可省略整体这一词）这两大类。基本整体的组成要素都是非整体；系统的组成要素含有两个以上基本整体；大系统的组成要素含有子系统。比如：地球的组成要素有地核、地幔、地壳、大气层，其中的每一个要素都不能构成独立的整体，所以，地球是基本整体；太阳系的组成要素是太阳与九大行星，其中的每一个要素都是整体，所以，太阳系是系统。又由于九大行星中有行星系这一子系统，太阳系又是大系统。在具体运用基本整体、系统与大系统这三个概念时，要限制在某一层次左右、某一种类的整体及有某种联系的角度的范畴，否则，容易造成表达涵义上的混乱。比如：当我们说地球整体的组成要素的时候，就不能说还有氧分子要素，因为氧分子属于微观层次。

从整体结构形式的角度，整体有两种基本结构，即中心式与耦合式。比如：地球、太阳系与细胞，就是中心式结构；而分子则是耦合式结构。比较高级与复杂的系统一般同时具备这两种结构。中心式系统的核心整体，在系统中往往具有决定系统整体属性的重要地位。}

（四）关于“引力”研究的历史脉络

在此节我来叙述一下“关于‘引力’研究的历史脉络”内容的同时，我还要表达我对科学理论研究的一种很强烈的“情绪”：（1）任何站得住脚的科学理论或科学理论的每一个进步一定有其“确定”的经验事实为其基础；（2）任何真理，如果超过了它的“限度”，就会成为“谬误”。也就是说，某一个经验事实的范围就决定了在它基础上所建立的理论的“适用范围”，如果理论的“扩展”远远地超出了此“适用范围”，那么，其扩展的理论部分，往往是错的，是短命的理论，迟早是要被历史所淘汰的。

下面：没有删除线的内容是表示对的标示；有单删除线的内容是有对又有错的标示；有双删除线的内容是错误的标示。我继承了对的方面的东西。牛顿的“绝对空间”范围。重力场空间范围。

爱因斯坦以牛顿绝对空间和重力场这两种空间为前提下的认识：

我的在牛顿绝对空间与重力场空间

前提下的认识：

（六）结尾的话

1、常言说，如果你说一句谎言，还得用三十句谎言为代价来维护此谎言。同样，在科学上，你有了一个错误的基本“假设”（认识）前提，就会产生更多的错误的“假设”：在“引力”与“广义相对论”的问题上，不正是如此结果吗！归根结底，所有的人对“引力”本质的认识，到目前为止，都还是完全以外在的原因角度来解释，此外在的原因往往是虚假与虚构的，而作为前提的“引力”本来就是虚假的。我的理论与虚假的理论的根本区别就是把“原因”回归到物体本身的属性上来（当然，也有重力场属性的外在因素），于是，所有的“假设”就都没有了。

2、宇宙中有透镜现象是一码事。而造成此现象的原因又是一码事。现象与现象的原

因不能混在一起。就像太阳附近的光媒质一样，宇宙中的透镜现象也可以是由于宇宙中的光折射媒质折射光的原因。宇宙中有大量的弥漫星云存在，这是事实。所以，不能说有透镜现象就一定是由于‘引力’（弯曲时空）的原因造成的。

3、我总结的惯性力学三定律中的量纲系数问题，在得到科学界承认的前提下，是有待科学界共同“约定”的问题。

4、错误的理论严重地阻碍了科学的发展，也就是说，错误的理论妨碍了新的真正有价值的课题与研究方向的产生。我的关于重力场是产生出来的结论，导致了新的真正有价值的课题与研究方向的产生——探索产生重力场的物理机制。错误的理论又导致了错误的课题与研究方向，有浪费许多人的精力与人力物力的罪过。

完稿于2002年1月28日

参考文献

[1]马英卓：引力是产生出来的，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1998年第五期。

[2]马英卓：引力与广义力学、整体天体，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1999年第三期。

[3]马英卓：惯性力学与整体科学体系，《科学》（科学美国人中文版）杂志，2000年第七期。

［4］马英卓：等效原理的对与错，《当代物理世界—物理论文集》网站。

［5］马英卓：万有引力真的失灵了吗？《当代物理世界—物理论文集》网站。

[6]马英卓：用惯性力学三定律解力学习题。《当代物理世界—物理论文集》网站。

[7]马英卓：潮汐成因另探。《当代物理世界—物理论文集》网站。

[8]马英卓：研究物理的终极目的是属性。《当代物理世界—物理论文集》网站。

[9]马英卓：受力的物体内部到底发生了什么情况？《当代物理世界—物理论文集》网站。

[10]马英卓：狭义相对论的实质与在科学中的位置。《当代物理世界—物理论文集》网站。

力学课程论文【第四篇】

“系统动力学基础”是国防科学技术大学系统工程专业本科学员的专业选修课。系统动力学可以为复杂非线性系统的系统分析、系统规划和系统预测提供一种基于因果关系的定性与定量相结合的理论和方法。课程有助于提高学员系统思维、整体思维、因果思维能力，以及利用建模仿真方法和工具解决实际问题的能力。课程主要教材为王其藩著的《系统动力学》，总计30学时，其中讲授24学时，实践4学时，考核2学时。

2“系统动力学基础”课程教学准备

了解授课对象的基本情况

想要上好一门课，首先必须了解授课对象的专业、人数、学科背景，以及专业的培养方案、课程体系等基本情况。可以采用集体座谈、个别交流等方式到学员队进行前期调研，了解学员对课程的预期时间精力投入情况，对课程的期望和需求以及学员的个性、情感等基本情况。明确本课程在人才培养体系中的地位、作用，梳理学科知识网络，明确本课程相关的先导课程和后续相关课程。例如，与本课程密切相关的预修课程包括高等数学、计算方法、计算机程序设计、自动控制原理、系统工程原理。通过与学员前期交流，可以了解学员现有知识体系以及对先导课程的掌握情况，这样在课程设计和讲授时就能够有的放矢，因材施教。

教材选取

教材选取是前期准备的重要环节。系统动力学有一些国内外相关教材专著，其中王其藩的经典教材《系统动力学》内容充实，基础理论方法阐述较全面系统，引入较新的Vensim系统动力学图形化建模仿真软件，理论实践结合较好，比较适合作为基本教材。钟永光等人编著的“十一五”部级规划教材侧重培养系统思维主线，弱化微分方程式等数学知识，对动态系统的行为模式与结构、因果回路图和存量流量图的绘制原则，复杂系统基模等概念阐述较为清晰，是对基本教材的有益补充。其他相关教材可作为课程课外读物，例如《系统动力学与计算机仿真》虽然教材内容和实验软件比较陈旧，但是教学实例非常丰富。《系统思考和系统动力学的理论与实践》《社会系统动力学：政策研究的原理、方法和应用》《环境模拟：环境系统的系统动力学模型导论》《第五项修炼：学习型组织的艺术与实务》《增长的极限》等教材阐述了系统动力学在不同领域的应用实例，有利于开拓学员的视野。

教学交流

教学交流是进行课程准备、提高教学水平的重要途径。想上好本课程需要与学科和课程建设负责人、承担相关学科方向（特别是系统工程、管理科学与工程、仿真工程）课程任务的老师、教学岗老师、教学督导专家等进行交流研讨。作为新教员更需要积极参加各种教学培训、教学观摩活动，向有经验的老师虚心请教。此外，还可以通过观看国家视频公开课、MOOC、与国内外一流大学的同类课程（例如美国MIT的系统动力学课程）进行对比分析，充分借鉴国内外优秀课程的先进理念、经验，借鉴先进的建设成果。除了课前以外，整个教学过程中以及教学结束后都可以通过积极参加各类教学比赛、课件大赛、教学督导、撰写教学论文、申报教学成果奖等方式与教育教学界同行进行教学交流。

3“系统动力学基础”课程设计

顶层设计

要想全面把握和上好一门课，需要从战略上对课程进行整体设计，需要非常用心地按照系统工程的原理和思想进行系统动力学课程的顶层设计。本课程面向系统工程、仿真工程、管理科学与工程专业本科生，重点突出系统动力学的理论与方法、建模和应用。课程涵盖系统动力学中的系统分析、建模、仿真、实验分析各个环节。目的是培养学员采用系统动力学方法分析和解决问题的能力，使其能够理解系统动力学的基本思想、建模原理、建模过程，能够应用系统动力学建模方法及仿真环境建立宏观层次的系统动力学模型，并通过仿真实验解决宏观层次的系统分析问题，从而提高学员解决实际问题的能力。在课程过程和方法设计上，除了进行基本概念方法讲授外，还需要展示系统动力学在社会、经济、生态、军事等特定领域中的应用，加强学员对系统动力学应用的直观认识。在此基础上结合具体应用问题，组织学员从系统动力学和科学实验角度认识世界和改造世界，形成科学的世界观和方法论，并采用系统动力学建模仿真软件开发相关的仿真模型，进行仿真实验和分析，从而培养和提高学员分析和解决实际问题的动手能力。

教学内容

在教学内容选取上，应根据学科之间的内在联系、本课程在整个专业知识网络中的地位作用和学员的认知规律，科学论证和选取课程核心内容和知识点、设计教学实践环节等。需要特别注意与其他相关课程的联系、呼应、分工、衔接。例如，一阶负反馈的基本概念在以前的自动控制原理等课程讲授过，本课程中就需要从系统动力学因果分析、定性定量建模、Vensim建模仿真实验分析全新的角度进行讲授。教学内容力求做到基础性、系统性、科学性、实用性和先进性的统一。本课程理论教学内容包括：系统动力学基本概念、建模原理和步骤；系统动力学建模技术（因果回路图、存量流量图、状态、速率、辅助变量和常数、参数、方程）；系统动力学分析技术（简单和复杂系统结构和行为分析、振荡、延迟、基模、灵敏度与强壮性分析、模型精炼与重构、政策/决策分析）。本课程实践教学内容包括：系统动力学仿真实验技术（Vensim软件、函数、输入输出分析）；一阶系统建模仿真实验、二阶系统建模仿真实验、应用系统动力学分析解决复杂军事问题。

课程特色

每门课程都有其特殊性和独有的特点，本课程需要重点把握以下两个特点：一是突出理论与实践相结合的“双螺旋”主线。与一般的理论课或实验课不同，本课程是一门理论性与实践性结合非常紧密的课程。课程主要按照“案例引入—原理推导—软件实验—综合应用”的思路展开。因此，教学方法侧重于理论讲解与应用案例结合、抽象的理论知识与Vensim系统动力学软件实现相结合、培养学员综合解决现实应用问题的兴趣和能力。二是突出课程的系统特征、因果特征和动力学特征。通过课程学习，使学员能够建立系统辩证观，强调系统、整体的观点，通过对因果特征和动力学特征的讲解，使学员掌握联系、运动与发展的辩证观点。系统动力学与物理学中的动力学具有相似性，系统的结构相当于物理学中的“力”，系统状态随时间发展变化的系统行为相当于物理学中的“运动”。系统内部结构和反馈机制决定了复杂系统的行为模式和动态特征。系统动力学非常适合研究复杂系统随时间变化的问题，例如人口、经济、社会随时间的发展、兴盛与衰亡等。因此在课堂讲授时可以适当采用具有多媒体动画，仿真实验时特别需要展示系统随时间变化的动态特性。

4结语