机械运动的定量体系

志勰

采用逻辑分析的方法对机械运动的定量系统进行了分解，提出了机械运动定量系统的缺陷。

上篇、机械运动定量的基础

1、引言：

对于自然现象，在人们的日常生活中，最为经常使用、接触和描述的就是物体相对位置的变化，运动。我们通常将描述的这类现象、规律的领域统称为机械运动。由于机械运动所描述的范围在我们日常生活范围中大都可以接触到，因此，对机械运动的研究也是最早的，机械运动也是最古老的学科之1。由于所描述的范围是最基本的物体运动变化，它的规律得自于日常生活中的经验约定，故它也是描述物质世界的基础。

由于相对论在历史的形成过程中，和电磁理论存在莫大的关系，并且电磁理论影响着相对论的结构，在这里的机械运动中则不在进行讨论和相对论相关的机械运动的内容。

2、机械运动定量的基本量

除了建立长度的单位（米），对物体的位置建立坐标的定位方法（我们通常将它叫做坐标系）之外，对物体的运动变化描述还需要针对物体的运动过程建立1个运动序列的标准模式来确定，这个标准序列我们通常将它叫做标准时间。运动序列的标准模式在实际应用中通常通过钟表指针的运动来实现。这是除了物体本身属性之外的定义量。在现在的科学中，我们通常采用的标准时间单位为秒。

我们要描述1个物体的运动，物体本身的属性也是1个非常重要的量度。根据运动变化的因果关系，我们通常取物体所含物质的多少当作这个物体本身重要的量度。就是我们通常所说的质量。

在机械运动里，长度、时间和质量是最基本的描述的量。也是机械描述系统中最基本的量，其它的量都可以根据这3个量给与定义。

3、机械运动的基本规律

我们采用描述系统建立描述规律,其最主要的目的就在于根据物体的1种运动状态和空间位置而预言这个物体在时间序列中的另1种状态和空间位置。在因果关系的前提下，最基本的描述规律就是牛顿运动定律。

1、牛顿第1运动定律

首先，描述1个物体的运动规律存在1个描述的对象，这个描述对象就是描述的主体。我们如何根据这个主体和主体的状态变化在时间序列里建立联系，这是基本的关系定义，也是物理因果关系中的基本定义。在牛顿定律中，是由牛顿第1运动定律来完成的。内容如下：

任何物体在不受力的作用时，都保持静止状态或匀速直线运动状态。这个定律首先是由意大利学者伽利略提出，牛顿在总结运动力学的基本定律是把它称为第1运动定律。此定律不能采用试验的方法直接证明，…………

2、牛顿第2运动定律

物体受到外力作用时所获得的加速度的大小与和外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与和外力的方向相同。……

该定律确定了物体运动状态发生改变和外界作用的关系，是物理逻辑因果关系的经验约定。所有的物质运动变化规律都直接或者间接来源于此。只要物质是运动变化的，其规律追根溯源，都会来源于此。当然，还需要牛顿第3运动定律以及牛顿力学描述工具的支持。（在后面还会讨论）

3、牛顿第3运动定律

亦称“作用与反作用定律”。作用力与反作用力大小相等方向相反，作用在同1直线上的不同物体上，同时存在，同时消失。……

通常认为该定律为牛顿第2运动定律的补充，我认为不仅仅是补充，而是对物体间作用建立了作用的规则。仅仅把它当作对牛顿第2运动定律的补充是不完善的。在牛顿力学定义的物理内容上，是可以脱离于牛顿第2运动定律的，因为它建立了作用的规则。

该作用规则是有局限性的，它仅适用于，可以将物体之间的作用当作个体之间的物理描述对象。在后面还要讨论这个问题。

4、牛顿运动定律和牛顿力学的关系

通过对牛顿运动定律的职能和作用的分析，我们可以得到如下的结论：

牛顿运动定律就是牛顿力学物理逻辑关系的定义系统。

4、描述机械运动的两个基本工具

仅有物质的运动变化规律对于描述物质的运动来说还是不够的，除了物体本身的质量不需要定位之外，物体其它的基本量都需要1个精确的定位，我们才能精确的确定物体的运动状态。

对于物体运动的位置定位，首要的定位当归空间定位。即通常我们所说的空间位置。我认为把空间定位问题当作机械运动的基本工具是不为过的。通常我们把这种定位系统叫做参照系统。它除了包含长、宽、高的空间观念之外，还建立了以0点为坐标的描述原点。

只有空间定位还是不够的，它不包含因果关系。不能从物体的1种状态到另1种状态建立关系，即通常我们所说的预言性。那么如何建立因果关系呢？

在牛顿力学中，建立因果关系是通过如下的两个途径来实现的：

2、建立标准的物质运动进程。如果我们仅通过建立物质运动状态与变化的关系，我们是不能对物质的运动变化进行描述的，原因就在于缺乏1种物质运动进程标准。我们需要建立1种标准的物质运动进程来对物质的运动变化进行比较。计量物体的运动变化。这就是我们通常所说的时间。我认为这里作为1种时间系统更为合适些。

从描述机械运动的定位过程中，时间定位系统是仅次于空间定位系统的工具。

5、经典机械运动定量系统的特征

经典机械运动定量系统是指的牛顿力学，这是沿袭20世纪对物理学判定的观念。这里我们仍然称它为机械运动。

对机械运动的描述在结构上可以划分为两部分：

1部分是我们在第3部分中谈到的机械运动的基本规律。它指明物体的运动状态和状态变化的关系。即：牛顿运动定律。

第2部分是我们在第4部分中谈到的机械运动的两个基本工具，采用空间定位系统和时间定位系统两个工具来定位物体的运动变化。

这里我们也分两部分来讨论这个问题。

1、物体和物体运动变化的因果关系

质量的定义是和牛顿力学的力学结构分不开的，依赖于牛顿第2运动定律。⑴ 我们现在所使用的标准质量是1901年第3届国际计量大会这是规定1千克等于千克国际原器的质量。是1种硬性的规定。

在物质的运动变化的因果过程中，是采用牛顿第2运动定律来实现的。在描述的过程中，是单位质量、单位力和单位距离在单位标准物质运动进程（单位时间）的关系。在牛顿力学中，这些关系是唯1确定。

以牛顿第2运动定律为物理规律的因果律的前提下，牛顿第2运动定律在牛顿力学物理定义系统中的位置就会排在物理规律的首要位置。

2、机械运动的两个定位工具

第

1、空间定位系统（参照系统）

牛顿力学的空间定位系统采用欧氏几何，反映在物理原理上则是空间的各向同性，并且同物质、环境等没有任何关系。牛顿力学的空间观念和物质的运动、定量工具、参照系统是没有任何关系的，并且是独立的。从物理上来分解牛顿力学的空间观念是没有意义的。将牛顿力学的这种空间观念定义为物理观念不如定义为1种物理信仰。这是有历史因素的。和自然界所给与人类的经验约定有着直接的关系。

第

2、时间定位系统

在牛顿力学中没有对时间进行定义。从与时间有关的经验公式上，比如s=vt、α=v/t等与时间相关联的物理关系上，时间是作为1种基本的已定义单位。如果我们将物理关系中的时间作为采用物理关系定义的量。那么也未尝不可。即：t=s/v 、t=v/α。但是在牛顿力学系统中，这些物理关系是严格定义的。在这些严格界定的关系上，我们不能得到除此之外的其它结论。

牛顿力学中的时间是均匀流逝的。同物质的状态、运动变化是没有任何关系的。可以认为是先验的定义，这1点和空间观念是相似的。

6、经典机械运动定量系统的缺陷

在牛顿第2运动定律中，（物体受到外力作用时所获得的加速度的大小与和外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与和外力的方向相同。