物理學(xué)的研究對(duì)象是什么

楊升山 楊鳳霞

（河南金駝紙業(yè)有限責(zé)任公司 河南 孟州 454750）

物理學(xué)研究對(duì)象什么，本來(lái)是一個(gè)很早就解決了的問(wèn)題，現(xiàn)在重提這個(gè)問(wèn)題，就是因?yàn)橛辛藧?ài)因斯坦的相對(duì)論，人們的意識(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)。

物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有信號(hào)發(fā)出，這些信號(hào)有很多種，聲音信號(hào)、光信號(hào)、甚至可以有氣味信號(hào)。其中光信號(hào)可以是本身發(fā)出的，也可以是反射的，這些信號(hào)都表示物體運(yùn)動(dòng)的位置。要了解物體的運(yùn)動(dòng)情況，只有一個(gè)信號(hào)是不行的，一個(gè)信號(hào)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)位置。也可以說(shuō)只有一個(gè)位置是不行的，只有知道下一個(gè)位置，才能知道這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的方向與距離。所以就算只使用光信號(hào)，也需要知道物體運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的第二個(gè)信號(hào)。愛(ài)因斯坦只提到物體發(fā)出的第一個(gè)光信號(hào)是一個(gè)球面波，也只針對(duì)這個(gè)球面波進(jìn)行討論，只能是光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)情況，不是物體本身的運(yùn)動(dòng)情況。

圖1

這是愛(ài)因斯坦在他的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》中的一段（圖1）。

其實(shí)研究一個(gè)物體的直線運(yùn)動(dòng)，只需要開(kāi)頭與終點(diǎn)兩個(gè)信號(hào)就行了 雖然接受者會(huì)因?yàn)榻邮艿竭@些信號(hào)的時(shí)間會(huì)有滯后現(xiàn)象 （這些信號(hào)的傳遞速度都是有限的，因此會(huì)有時(shí)間差存在），但不是只有一個(gè)信號(hào)就能表示物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須在接收到后續(xù)的信號(hào)后才能判別他的運(yùn)動(dòng)情況。gps系統(tǒng)就是這樣工作的，在你的車(chē)子啟動(dòng)gps導(dǎo)航系統(tǒng)后沒(méi)有運(yùn)動(dòng)時(shí)，gps是不會(huì)給你提示的。

人們認(rèn)識(shí)自然需要使用光線這個(gè)媒介，但不是唯一的媒介。光線只是其中的一種，它的作用不過(guò)是一個(gè)郵遞員，對(duì)他的錯(cuò)誤可以用其他方法來(lái)消除。

從愛(ài)因斯坦的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》一文中可以看出，愛(ài)因斯坦是把研究對(duì)象搞錯(cuò)了。一個(gè)物體要運(yùn)動(dòng)，就會(huì)有信號(hào)發(fā)出，在直角坐標(biāo)系中，物體運(yùn)動(dòng)的行程可以用

√（x^2+y^2+z^2）來(lái)表示。在物體運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的很多種信號(hào)中，光信號(hào)只是眾多信號(hào)的一種。只有光信號(hào)可以用ct表示。在這里，他只提出這個(gè)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)發(fā)出的光波的運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有提出后續(xù)的光的信號(hào)。按理說(shuō)，物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有不斷的信號(hào)發(fā)出，對(duì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的信號(hào)與結(jié)束運(yùn)動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行處理，就可以得到物體運(yùn)動(dòng)的信息。可是他只對(duì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行處理，其實(shí)是處理了光的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，而沒(méi)有顧及物體的運(yùn)動(dòng)。光的信號(hào)是個(gè)球面波。球面波波前的運(yùn)動(dòng)是 c*Δt，而他只讓√（x^2+y^2+z^2）=c*Δt。就是只研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)的信號(hào)傳遞過(guò)程了。物理學(xué)研究的是物體的運(yùn)動(dòng)，不可能都是光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)，是他把研究對(duì)象搞錯(cuò)了。

在同一個(gè)參照系中有很多種不同的物體在運(yùn)動(dòng)，他們的運(yùn)動(dòng)速度也不同。在不同的參照系中，同一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)不同，把任何物體的運(yùn)動(dòng)行程與光的運(yùn)動(dòng)行程掛上鉤，只有三種可能。其一，是認(rèn)為所有的物體運(yùn)動(dòng)速度都是光速；其二，只研究光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)；其三，把光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)看成物體本身的運(yùn)動(dòng)。

如果認(rèn)為所有的物體運(yùn)動(dòng)速度都是光速，顯然是不對(duì)的。如果只研究光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)，要知道光信號(hào)在物體與人們之間只起到郵遞員的作用，也就不是研究物體的運(yùn)動(dòng)。如果把光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)看成物體本身的運(yùn)動(dòng)，那就是只研究物體的像運(yùn)動(dòng)。古代的猴子撈月亮的故事中那些猴子在撈月亮?xí)r就不會(huì)勞而無(wú)功了。

這三種情況都說(shuō)明是搞錯(cuò)了研究對(duì)象。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論充其量也只能算是：把光線作為物體運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳遞媒介時(shí)的信號(hào)傳遞規(guī)律，不是物體運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律。

用通俗一些的話來(lái)說(shuō)。就好像有一輛坦克向我們駛來(lái)，在運(yùn)動(dòng)中發(fā)射子彈，愛(ài)因斯坦在研究這個(gè)現(xiàn)象時(shí)，就只研究這輛坦克發(fā)射的第一個(gè)子彈的運(yùn)行狀況，不僅不研究坦克的運(yùn)動(dòng)，也不研究后來(lái)發(fā)射的子彈的運(yùn)動(dòng)。

這樣研究的結(jié)果當(dāng)然可以得出一些結(jié)論，可是不一定是我們需要的結(jié)論，在上例中，對(duì)我們威脅最大的不是那顆子彈，而是坦克。

牛頓力學(xué)研究的對(duì)象大部分都是兩個(gè)物質(zhì)之間相互運(yùn)動(dòng)的情況，但是波動(dòng)現(xiàn)象已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的兩個(gè)物質(zhì)之間的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)了，因?yàn)橛辛嗣浇檫@個(gè)物質(zhì)的加入，就使問(wèn)題變的復(fù)雜了。物理學(xué)不能只研究?jī)蓚€(gè)物體之間的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該研究三個(gè)或三個(gè)以上物質(zhì)之間的運(yùn)動(dòng)情況，那就不是用一個(gè)方程式能表達(dá)完整的。愛(ài)因斯坦本該這樣來(lái)發(fā)展物理學(xué)，但是他沒(méi)有這樣做，他就把物質(zhì)運(yùn)動(dòng)發(fā)出的信號(hào)當(dāng)做物質(zhì)本身，所以他的研究對(duì)象錯(cuò)了。

只用一束光是測(cè)量不出物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)的，必須有后續(xù)的光信號(hào)才行。具體說(shuō)這束光該有多長(zhǎng)，那要看你使用的測(cè)量?jī)x器的分辨能力。用連續(xù)的光去測(cè)量是非常困難的。所以在雷達(dá)測(cè)量過(guò)程中，使用的都是脈沖，兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔要大于無(wú)線電波往返測(cè)量者與被測(cè)量者之間所用的時(shí)間。

實(shí)用例子，就是直接測(cè)量加速器中出來(lái)的粒子在通過(guò)6米真空管道所用的時(shí)間，這樣可以避免間接的計(jì)算所用時(shí)間帶來(lái)的錯(cuò)誤。

圖2

對(duì)于愛(ài)因斯坦的看法，我是把愛(ài)因斯坦當(dāng)作偶像看的，即使相對(duì)論退出了歷史舞臺(tái)，愛(ài)因斯坦仍然是一個(gè)偉大的物理學(xué)家。我國(guó)古代有句古語(yǔ)，叫“子不言父過(guò)”，那不是科學(xué)的態(tài)度。我認(rèn)為應(yīng)該改一個(gè)字，就是把“言”改成“掩”，原句就是“子不掩父過(guò)”，有錯(cuò)必改，那才是科學(xué)態(tài)度。科學(xué)需要知錯(cuò)改錯(cuò)的態(tài)度。

設(shè)想一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是首先直接測(cè)量出加速器中粒子的在通過(guò)一段真空管時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，真空管是固定的長(zhǎng)度，時(shí)間測(cè)量出來(lái)了，直接用長(zhǎng)度除以時(shí)間就可得出粒子的運(yùn)動(dòng)速度了。有能力的單位不妨做做看。

測(cè)量加速器中出來(lái)的粒子速度。需要的設(shè)備較少，要兩臺(tái)感應(yīng)器，一個(gè)雙蹤示波器即可。測(cè)量方法，是讓從加速器中出來(lái)的粒子經(jīng)過(guò)一根絕緣的真空管，在粒子進(jìn)入真空管時(shí)被感應(yīng)器感應(yīng)發(fā)射出信號(hào)，送到雙蹤示波器。在粒子離開(kāi)真空管時(shí)又被感應(yīng)器感應(yīng)，再發(fā)射出信號(hào)也送到雙蹤示波器上，為了避免超光速帶來(lái)的信號(hào)誤差，這兩個(gè)信號(hào)不加在一個(gè)線條上，這樣就可以在信號(hào)出現(xiàn)的位置判斷信號(hào)的先后。在雙蹤示波器的兩條線上都要加上時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。讀出兩個(gè)感應(yīng)信號(hào)的時(shí)間坐標(biāo)差，就可直接測(cè)量出粒子在真空管中通過(guò)所用的時(shí)間。

操作要點(diǎn)：雙蹤示波器的信號(hào)線要是等長(zhǎng)線，如果使用無(wú)線信號(hào)，那么示波器必須放置在真空管的中間位置。原理如圖2所示。

［1］愛(ài)因斯坦文集[M].第2卷.中文版.論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué).