【www.shanpow.com--物理试题】
一:[超距作用]超距作用
物理学历史上出现的一种观点。它认为(至少在早期):相隔一定距离的两个物体之间存在直接的、瞬时的相互作用,不需要任何媒质传递,也不需要任何传递时间。
早在I.牛顿以前,对于物体之间的作用就存在两种对立的猜想:一种认为物体之间除了通常的接触作用(拉压、冲击)之外,还存在超距作用;一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用,两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递,不存在任何超距作用,这种中间媒质被称为以太(见以太论)。当时的大多数自然哲学家认为超距作用带有神秘的色彩,而倾向于近距作用观点。
1686年,牛顿发表了他根据J.开普勒行星运动定律得到的万有引力定律,并用以说明了月球和行星的运动以及潮汐现象,这是一项伟大的发现。看起来,牛顿的引力定律似乎支持超距作用观点,但是牛顿本人并不赞成超距作用解释。他在给R.本特利的一封著名的信中写道:“很难想象没有别种无形的媒介,无生命无感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质起作用和产生影响。……引力对于物质是天赋的、固有的和根本的,因此,没有其他东西的媒介,一个物体可超越距离通过真空对另一物体作用,并凭借和通过它,作用力可从一个物体传递到另一个物体,在我看来,这种思想荒唐之极,我相信从来没有一个在哲学问题上具有充分思考能力的人会沉迷其中。”牛顿本人倒是倾向于以太观点的,他在给R.玻意耳的信中私下表示相信,最终一定能够找到某种物质作用来说明引力。但是他对于以太的具体设想与当时颇有影响的R.笛卡儿观点只是在细节上有所不同。
超距和近距两种对立观点在18世纪初争论十分激烈。法国的笛卡儿主义者在反对超距作用的同时,不恰当地否认了引力的平方反比定律,这就引起一些年轻的牛顿追随者起来捍卫牛顿的学说,并强烈地反对包括以太在内的全部笛卡儿观念。
1713年牛顿的著作《自然哲学的数学原理》第二版问世,牛顿的追随者R.科茨写了一篇序言,从哲学方法上推崇牛顿学说的意义,并花了很大的篇幅攻击以太论。这篇序言把牛顿的引力定律看作是超距作用的典范(虽然他没有使用“超距作用”一词),并把它说成是实验事实的唯一概括。
由于引力定律说明太阳系内星体的运动获得极大的成功,而探索以太并未获得实际结果,超距作用观点得以流行开来。J.L.拉格朗日、P.S.M.拉普拉斯和S.-D.泊松等人从引力定律发展出数学上简单而优美的势论,更为有利地支持了超距作用的观点。于是,超距作用观点盛行起来,并被移植到物理学的其他领域,早期的电磁理论也是超距作用理论。整个18世纪和19世纪的大半,超距作用观点在物理学中居统治地位。一些持超距作用观点的物理学家曾对物理学的发展作出不少贡献。
19世纪30~40年代,M.法拉第对于电磁现象的实验研究作出了卓越的贡献。他的实验研究的丰硕成果对以后的科学发展起了巨大的推动作用。法拉第反对超距作用观点,并对之进行批判。他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用,指出这些力线在空间是一些曲线而不是直线,因此,电的或磁的相互作用就不会是超距作用所想象的那种直接作用;他研究了插入的电介质对带电体之间的电力强度的影响(1837),认为这种影响表明电力的作用不可能是超越距离的直接作用,同样的效应在磁现象中也发生;他还根据他所发现的电磁感应现象(1831)指出,仅有导线的运动事实不足以产生电流,磁铁的周围必定存在某种“状态”,导线就是在其区域内移动才产生感应电流;此外,他对于磁光效应的研究(偏振光振动面的磁致旋转,1845)使他相信光和电磁现象有某种联系,他甚至猜测磁效应的传播速度可能与光的速度有相同的量级。
法拉第的“力线”思想及开尔文将电磁“力线”同流体流动所作的数学类比深深地打动了年轻的J.C.麦克斯韦。1856~1865年,他致力于将全部已知的电磁现象概括为统一的理论,得到了今天成为电磁学基础的数学方程组,并由此推论得出存在以有限速度传播的电磁波,其波速就是光速。1887年,H.R.赫兹完成了观察电磁波的著名实验,确认了麦克斯韦电磁理论的正确性;1898年A.M.李纳和E.维谢尔分别提出了推迟势,为电磁作用以有限速度传播找到了确切的表示。至此,超距作用观点在电磁学领域内已为多数物理学家所抛弃。
致密星:射电脉冲星-内部结构模型图 1905年A.爱因斯坦的狭义相对论确立了崭新的时空观,并指出真空中的光速是一切物理作用传播速度的极限,这就在整个物理学中排除了瞬时超距作用的可能性。1916年爱因斯坦建立广义相对论,广义相对论把牛顿引力定律作为一种近似保留下来。根据广义相对论,物体振荡时辐射引力波,引力辐射也是以光速传播的;双致密星由于引力辐射其能量衰减(称为引力辐射阻尼),导致其转动周期变短。1979年J.H.泰勒等人报道了他们对射电脉冲双星PSR1913+16四年多的监视性观测,确认了它由于引力辐射阻尼引起的转动周期稳定地变短确实存在,对于引力波的存在是一个很好的支持。
目前已认识到自然界的基本相互作用有四种:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。后两种基本相互作用,也和前两种一样,是通过场而相互作用的。
早期的超距作用认为作用是瞬时的,这一点在后来曾有所修改。有些物理学家提出“延迟超距作用”,认为源对某一粒子的作用是延迟了一段时间 r/с的超越空间的直接作用,其中r是源和粒子之间的距离,с为真空中的光速。这种修正了的超距作用观点在说明某些现象时与场作用观点是等效的;但是,在说明另一些现象,特别是正反粒子的湮没时显得牵强附会。因此,它并未被一般物理学家所接受。
二:[超距作用]超距作用“场”
接下来我们用两章节说明“能量”和“场”,在现实的组织中,我们怎么理解场中的能量带来的启示作用,我再三强调:“我们不是在说量子理论,而是用量子理论说明一个构建现代组织的秩序和生存的道理”。
空间是宇宙的基本组成部分,世界上最多的东西就是空间。即便是通过显微镜去观察原子结构,仍能看到很大的空隙,而我们原以为那里一定很紧凑。在原子内部,亚原子粒子间有很长的距离,这么说吧,原子中的99.99%都是空的。我们能够接触到的每一种事物,包括我们我们自己的身体,都是由这些空的原子组成的。我们的身体看起来很结实,事实上却存在着很大的空隙,我们的身体就像银河系那样稀疏。
按照牛顿物理学说的宇宙观,空间就意味着空,意味着难以言传的孤独。物质毫不畏惧地在空无的世界里孤独的旅行,很少与别人的相遇,而旅程又总那么漫长。长期以来,这种孤独的宇宙观带给我们带来了巨大的影响。存在主义哲学认为,只有我们亲自创造出来的东西对我们才有意义。美国历史上的个人英雄主义崇尚的是个体(包括在西方社会和公司)的成功。在如此广阔、荒凉的世界里,想推动变化是非常不容易的。这不仅要求我们产生足够的能量让自己在空间中运动,还要耐心、坚持,才能碰到另一个对象,并引起它的反应。牛顿的世界是因为关系的世界,只有某一个物体付出一定的能量,才能让另外一个物体运动,而且要穿过很长的距离才能实现这样的目标。牛顿世界是既孤独了又劳神的。
在量子世界里,空间发生了奇妙的变化。空间不再是“空”的。现在,人们认为空间充满场。场是不可见的、非物质的影响力,场是宇宙最基本的组成部分。我们无法看到这些场,但是能观察到它们产生的效应。场已成为解释“超距作用”的一个非常好的工具。“超距作用”是指一个物体在没有接触另一个物体的时候,就能引起后者的变化。
在人们尝试通过量子物理学解释“超距作用”之前很多年,场的理论在几个不同的领域得到了发展。牛顿首先提出了重力场。按照他的模型,重力来自于重力的中心,比如地球,并从那里向空间扩散。假象的重力线遍布空间,吸引物体向地球靠近。在牛顿的重力模型中,力来源于同一个地方。
爱因斯坦对重力场提出了不同的见解。在相对论中,重力是用空间结构了来表示的。物体受地球吸引的原因是“空间——时间”曲线对物质的作用。重力不是当作力来考虑的,而是被理解为媒介,既不可见的空间几何。
科学家法拉第、麦克斯韦将关注点放在空间上,场的理论才能在20世纪得到初步的发展。根据直觉,他们感觉到空间并不是空的,用当代物理学家的语言来说,是“一个不可见但又非常管用的结构”。法拉第和麦克斯韦的想象让孤独的宇宙一下子热闹起来了。从小的、不关联的、可见的结构,转向以关系介质为主要内容的无形世界,这确实是一个重要的转变。(参见北极光,这是大气中的电磁场和能量场共同作用的杰作)
物理学家威尔茨克在观察鱼的时候,假如我们不知道鱼是在水介质中游泳,我们很可能会沿用着一条鱼影响另一条鱼的思路去解释鱼的运动。一条鱼游过时,如果我们发现另一条鱼改变了一点方向,我们可能会认为第一条鱼对第二条鱼施加了力。但是,如果我们看到的是所以的鱼都很整齐地改变方向,我们就会怀疑可能有别的介质正在影响它们的运动。即便我们仍然看不到这种介质,我们也可以对这种介质做实验,比如在介质中制造干扰,再观察一下鱼的反应。
无所不在的空间(小到原子内部、大到整个宇宙)更像是海洋,其中遍布各种各样的场。
知见:
牛顿扼杀了和管理!!!
警告:小心打开,打开你将抛弃过去关于组织/管理/领导力的所有观念!
机械世界观正是制造管理问题的元凶,量子物理/自组织系统和混沌理论为管理带来启示。
死磕书目:《领导力与新科学》【美】玛格丽特.惠特利/著
笔记整理:伊文
知见
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三:[超距作用]论超距作用产生的原理
由相对论已知:近光速物体相对我们来说时间过的缓慢,而零质量的光速物体对于我们来说时间不变。
推导:我们经过无限时间,零质量光速物体就经过无限的距离,但在我们看来它的时间未变。故对它来说时间不变的情况下就经过了无限距离。
我们过任一时间,光速零质量物体时间未变,它会经过无限距离。这可能导致超距作用。
结论:光速零质量物体的速度可为超光速。结论与已知相悖,故结论不成立。
注:这是我偶然想到的一个问题,自己一直想不通我推导的哪里有问题,求各位大神老师指点迷津,感激不尽。