牛顿伟大

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牛顿伟大
王紫馨（方悟）   2005.3.5
今年是“国际物理年”，虽然主要为纪念爱因斯坦相对论发表一百周年，但在谈爱因斯坦的时候不要忽略了牛顿，经典物理是近现代物理存在的根基。
经典物理体系是牛顿所建立的，它是人类认识的一个飞跃。如果我们把日心说看作第一次科学革命，牛顿力学就是第二次科学革命，相对论和量子力学是第三次科学革命，现代人接力赛，应进行第四次。牛顿总结和发展了其前的几乎全部重要科学成果，做了一次大综合、大整理，使自己的理论成为人类文明进步的时代标志（爱因斯坦的革命同样产生于大综合，二十一世纪的人类需要新的大综合），对自然科学的发展产生了深远的影响，牛顿的科学思想和科学方法也成为科学研究者的楷模。
牛顿的科学观是因果观，其理论的核心就是力与力的因果性，它成为经典物理的纲领，连相对论和量子力学都未脱离这一框架。有人认为场的概念摆脱了力的概念，实际上电磁场和引力场中的运动变化仍离不开力学原理。在牛顿力学中，只要知道质点在初始时刻的位移和速度，就可预言其后的运动状况，它使我们看到了因果关系的完整链条，揭示了物理世界的实质。他认为天体运动的原因是万有引力，据此合理解释了各种天体的运动。我十分赞赏他在《自然哲学的数学原理》的前言中写的话“……哲学的全部责任似乎在于——从运动的现象去研究自然界中的力，然后从这些力去说明其它自然现象。”我们许多人好在哲学上高谈阔论，却只知讲生活中的鸡毛蒜皮的小事，谈来谈去，也只是生活感悟，不知道哲学的全部责任是什么。另外一些人虽然热爱科学，却缺乏哲学头脑，对一些问题死钻牛角尖，不能从高处去纵览全局，在局部、支节上纠缠不休。我在网上发文，哲学网站让你去科技论坛，科技论坛请你去哲学网。环保主义者讨论敬畏自然，却反对你讲尊重客观规律，讲科学认识，认为你这个理性主义者破坏了他们对大自然深厚的阶级感情，令人无奈。
我曾在《十六律》中把牛顿四定律列为绝对真理，并指出它们的自然哲学意义，并把四定律转换为大一统定律——空间重力场定律。牛顿力学的三大定律和万有引力定律把地表物体运动与太空中星球的运动统一起来，形成大一统体系，这种方法告诉我们：“地法天”，循人、地、天的层系关系去寻求大统一才是“华山路”，才能有所创新。老子作为人类辩证思想始祖，非常形象地告诉了我们认识这个世界的思想方法，同时也指出了人类认识自然的不同层次：“人法地，地法天，天法道，道法自然。”（《老子.二十五章》），法自然者认识能力最高，其次法道，再次法天，法地下之，法人者认识能力最低。依据老子思想，我曾反复说明：宇宙是一个具有界度层系特征的有机整体，遵循统一的规律，普遍共性（绝对共性）支配着万事万物，人类探寻大统一规律必须循着人、地、天的阶梯不断向上攀登，才能到达顶级。把自己的认识局限于“人法地”，甚至仅局限于“人法人”，就永远只能处在低水平上。作为牛顿和爱因斯坦的后人，科学界虽拥有了比前者更多的科学知识，但却未掌握前人的思想方法，仅知“法人”、“法地”者占了绝对多数，这是百年来未再出现科学巨人的根本原因。牛顿之所以伟大，就在于他超越了一般人“法人、法地”的思维层次，跃进到“地法天”的阶梯上，把地上的运动与天上的运动统一起来，才以大综合方式开创了物理学新纪元。爱因斯坦能超越牛顿，从认识方法说也是从“地法天”上升到了“天法道”阶段，虽然这个前进并不彻底，仅迈上了半个台阶，未达“天法道”的至真之境，依然做出了巨大贡献。今人欲超越前人，仍旧只能沿着这条路径，完成“天法道”并前进至“道法自然”，最终获得“自然之道”——大统一规律，其秘诀在把万物归三并二合一，完全抛弃“一分为二”的形而上学认识方法，走同一之路。牛顿时代至今，三百多年过去，人们对此并未深刻理解，还是习惯于把牛顿力学定律——天地大统一的定律，仅用于地面运动，而不擅用到宇宙中，只把万有引力定律看作天体运行规律，使其效应没有得到充分发挥。例如燃烧现象在宇宙中没有氧化过程，也没有一定的温度限制，但氧化说无视这一点，仅以地表重力条件定义燃烧，无法使地与天的运动统一起来，这是许多人不如牛顿之处，我们不赞同核聚变假说，不仅因为它违反了牛顿力学第三定律（对应律）和热力学第二定律（时间律），也因未在地表看到核聚合现象。高能宇宙射线产生一些重粒子，并非聚合，那是中微子穿越一些物质原子的瞬间反映，中微子离开原子空间，这些重粒子立刻消失，我们就说它衰变了，实际是中微子引发了被穿物质原子的裂变反应（中微子质量加入，违反了能平衡律，便以裂变方式回平衡态）。我们搞不成聚变，不是技术不过关，而是违背了自然之道，凭人为想象去做客观世界没有的事。以地推天，恒星中也同样不会存在聚变过程。牛顿把天体运动与地表物体的运动密切联系起来，把它们视为同一性质的问题，给我们树立了研究科学的榜样。
牛顿方法的一个特点是对复杂现象善于简化，从而建立理想的物理模型，这就是归纳同一的方法。例如：宇宙中星体的相互影响是非常复杂的，每个星体都是一个引力中心（宇宙作为空间重力场，大尺度均衡，各向同性；小尺度不均衡，各向异性，每个能量区或能级区都各有重力中心，即引力中心），是多元层级系统。太阳系各行星“既不完全在椭圆上运动，也不在同一轨道上旋转两次”，它是椭圆轨道上的螺旋进动。开普勒提出行星运动三定律后，许多科学家都去探讨行星椭圆运动的原因，当其他人还在各自的领域中忙碌时，牛顿高瞻远瞩地做起了大综合的工作。牛顿以其独特方式从地球引力入手，把引力对地表物体的作用引伸到月球。他根据伽利略对抛掷物的研究，把初速度逐步增加，当达到一定值时抛掷物将沿着圆周轨道绕地球旋转，因而认为月球绕地球旋转就是这样的抛物线运动，抛射力是离心力，向心力就是引力，天地运动是同一类运动，是具有共性的。引力即是重力，这一点牛顿早就意识到了，在谈到自己1666年一系列重要发现时说："这一年里，我开始想把重力推广到月球的运行轨道上去，在求出了在内球面上一个旋转的小球对月面的压力后，我就从行星运转周期的平方同它们到太阳的平均距离的立方成正比的开普勒定律推导出：使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离的平方成反比。而后把使月球保持在它轨道上所需要的力和地球表面的重力做了比较，发现它们近似相等。"实际上，引力和重力不是近似相等，而是完全相等，就是一回事儿。爱因斯坦的广义相对论以惯性质量和引力质量等效为前提，也认为空间具有重力结构，引力即是重力，万有引力定律很好地解释了行星的运动为什么只是近似地遵守开普勒定律（开普勒忽略了一些细节变化）。
牛顿对哲学宇宙观在科学研究中的作用非常重视，他在《自然哲学的数学原理》第三章中提出了四条哲学推理法则，这四条原则实际告诉我们怎样去寻找共性，告诉我们先归纳、综合，再演绎、分析，而我们许多人因缺乏哲学知识而忽略了它的指导意义。
仿穆斯林在祈祷时的赞词“真主伟大”，我也赞颂“牛顿伟大”。关于牛顿四定律，我要陆续写的文章便是：伟大的一定律——力平衡就是能量守恒，伟大的二定律——重力加速度即是空间收缩度，伟大的三定律——力相互作用实际是力对应作用，伟大的四定律——万有引力能级分布律。