广义力论－力的趋势和交换本质

广义力论－力的趋势和交换本质
陈叔瑄

    牛顿力学经历了几个世纪，曾对科技进步发挥了巨大的推动作用。但二十世纪以来科技突飞猛进，出现众多牛顿力学难以解释的现象，提出完全不同牛顿观念的理论，如场论、相对论、量子论等的理论。不少科学家预感到科学理论将面临一场变革。实际上仔细分析牛顿力学某些观念不难找到症结所在。
    首先牛顿力学质点只是便于数学上描述某些运动而提出假定，这个观念无限制推广到任何粒子运动或强加于任何粒子上，必然导致缺陷和错误。量子和任何粒子、物体、天体都不是质点，而是有结构的以各种方式运动的、变化的物质状态。质点描述把许多基本属性掩盖掉。
    其次牛顿力学惯性是狭义的，宇宙物质基本或惯性运动绝不仅仅是静止和匀速直线运动，自旋从天体到基本粒子处处存在，也是基本或具有惯性运动，不能排除在外。实际上粒子周期性变换运动或交换（或波动）也是基本或具有惯性运动状态。因此物质基本运动是平动运动、自旋运动、周期性变换运动，它们具有惯性，直至外力迫使其改变为止。广义惯性应包含所有稳定的基本运动直到外力迫使其改变为止，称为广义惯性。
第三牛顿力的描述也是狭义的，它难以描述自旋和周期性变换运动等作用。从而采用能量或能密度描述更为有效，把力看成动能改变对位移或构成动能梯度，是运动趋势和能量变换（转化）、交换、递传等引起的。作用和反作用同时存在的本质在于力的能量交换性质。物质趋于运动状态均匀、平衡（其趋势可产生交换）、对称（其趋势可产生递传）等稳定运动状态的作用称为主动力或内力。外加作用力迫使其改变稳定的运动状态的称为被动力或外力，这些力称为广义力。牛顿力学所定义的力可称为狭义外力。
处于不均匀、不平衡、不对称的不稳定物质状态具有自动趋向稳定状态趋势的作用力称为主动力或内在力，如重力、电磁力、粒子衰变等。实际上天体、地球、物体的引力或重力场物质产生于涡旋运动能密度趋匀过程引起质量浓缩趋势。当它们相邻时，场物质重叠使物体邻、外侧处于不平衡状态，平衡趋势过程引起对物体主动作用力，即为引力或重力等。场物质交换作用，如电、磁、电磁作用、强作用、弱作用等也属于主动作用力。处于均匀、平衡、对称的稳定物质状态被破坏的作用力称为被动力或外力，如推、拉、举、压等弹性作用或非弹性作用力，摩擦力等。但不管怎么样，作用力是能量的趋势变换、交换、递换现象。
    一、相对运动
    从宇宙观之，物质基本形态有场质、星质和实物三大类。从地面观之，实物又有气体、液体、固体三种物态。不管那种形态或物态都遵守质能关系及其相应的物质不灭性。由于物质不灭性使得物质之间可比较可量度的，物质量的量度才是真正反映质量的本质。实物三态以不同运动和交换方式构成的，交换本质是平衡趋势引起的，而交换或递换是近代物理基本观念之一。这样天体，粒子之间交换或递换成为自然界不可缺少的基本运动或作用形式。交换不仅是物体之间场（或场质）和引力的基础，而且是微观粒子和量子波动性的根源，甚至是原子壳层允许轨道存在的根源。平动趋匀（意味着各向机会均等）转化为旋涡运动，旋涡运动趋匀则浓缩成体和趋于交换，而交换使零散的粒子联结成更大的涡旋体或物体。
  　宇宙任何物体都在不停地运动。静止在地面上物体似乎不动，但地球有公转和自转，地面上的物体依然随之而运动的，只不过交换平衡而相对地面静止。要描述一个物体的运动，必须选择另一个也在运动物体作为参照，这个参照物体系统称为参照系。由于宇宙间没有绝对静止的物体可作为绝对参照系，视问题特点来选择参照系，如对地面的机械运动及其他运动的物体自然而然地选择地面作参照系，便于人们观察其相对地面的运动状态。对于太阳、行星、卫星的研究则选择太阳为参照系为佳，对于太阳系及恒星运动则选择银河中心及恒星团中心为参照系为佳。好在任何物体的质量和总能量不会因为选择参照系而变的，尽管同一物体的运动，对于不同的参照系可以不同的，为了描述参照系上物体的运动位置和时间变化，在参照系上选择一个固定坐标系，坐标轴的标度常用米尺和秒等单位作标准。随科技发展，坐标轴也用来广义地表示其他参量。
    如果同一物质系统相对任何参考系所量度总能或质量不应随参考系选择而改变的，那么同一光子总能或平动能是一定的，不随参考系而变的。相对光源运动参考系，多一项相对光源运动的动能，总能扣除这项动能所得能量或速度称光传播能量或传播速度。这相应于场或流体欧拉描述法，而光子本身运动则相应于场物质或流体拉格朗日描述法。光速不变性本质在于总能不变性，相对论时空本质在于场或参考坐标系的欧拉描述法引起的传播时空效应。可见光传播（或场）与光子（或场物质）是不一样的，前者建立在坐标系观测和量度基础上，以参考坐标系上一点场物质流经此点各种运动状态和参量，不考虑场物质本身如何运动，它跟参考坐标系之间相对运动密切相关的，具有相对时空性质。而后者主要考虑光子或场物质本身运动状态和作用，其质量和总能量不因参考系选择而改变，具有绝对时空性质。
　　在参考系间坐标变换，各个理论都有一套变换原则，经典力学则以空间、时间绝对性（或不变性）下的力学规律不变性。相对论力学则以光速不变性下力学规律不变性。两者分别对应伽利略变换和洛伦兹变换，但都必需建立在相对静止或匀速直线运动参考系间的变换，并以此所表示的作用力Ｆ＝ｍ＂ａ关系式成立。实际上真正的静止或匀速直线运动参考系是找不到的。必需采用对任何参考系都适用的物质不灭性或总能不变性作为基础，光速不变性是系统总能只存在平动能和变换能一半的量子稳定系统，而平动能不变性是光速不变性的前提，变换能不变性是时间不变性的前提，并在等价相对论关系式中引出传播位移和速度的概念。实际上，物质极限速度运动时加速度为零，从而加速度只能随速度增加而减少。在低速情况下加速度几乎不变，等价于牛顿力学时空观，即时间和空间都是不变性，传播速度就是物体的速度。相对论适合于处理场运动状态，是场的时空描述方式。
    在静止或匀速直线相对运动参考系内Ｆ＝ｍａ都成立。对于牛顿定律来说，惯性的量度ｍ′表示为
ｍ＝Ｆ／ａ     或Ｆ＝ｍａ＝ｍ′ａ。
在低速情况下惯性量度又称惯性质量或相对论静止质量，且等于质量。这只能在物体机械运动速度或物体低速运动条件下成立。速度大了，同样的外作用力Ｆ所引起的加速度则变小，近极限速度时加速度近零或等零。这等价于相对论动力学惯性质量ｍ＝ｍ′/√（１－（υ／ｃ）²）  ，但物质真正极限速度是c′＝１．４１ｃ，上式中ｃ应用c′代替，才能反映惯性质量与加速度关系的本质意义
ｍ＝ｍ′／√（１－（υ²／2c²））
ａ＝ａ。√（１－（υ²／2c²））
ｍ为质量，ｍ′为惯性质量或相对论静止质量。当υ《c′时，惯性质量等于质量。当υ＝c′时，ｍ′惯性质量趋于零。质量不变情况下，作用外力与加速度成正比，加速度随速度增大而减少，意味着作用外力随速度增大而减弱，极限时为零。当低速时为牛顿作用力，当质量换成惯性质量时为相对论作用力(在笔者另一些文章与物性论书中曾以相对论静止质量相应于质量,上式变成m″=m/√(1-υ²/cˊ&sup2, F=ma。=m″a, a。√(1-υ²/c′&sup2 =a,真正力为 F′=ma,并多了一层没必要的推导与解释。相对论非静止质量相应于惯性质量才更确切,并作上述简化)。称为外力作用原理。
    相对地面加速参考系量度地面上的静止物体的动能和速度不断递增，这种动能递增只能看作物体内其它能量不断变换或转化而来的，物体总能仍然不变的（惯性力）。如果地面上的同一物体受力的作用而产生同样加速度运动或动能递增，也可解释为由施力物体传递给它动能，若两种加速或动能递增是等价的，那么受力物体必再传给施力物体另一种能量形式。可见，外力本质仍是能量变换、交换、递换。这也是作用与反作用同时存在的根源。对保持均匀、平衡、对称运动状态趋势（广义惯性），直到外力迫使它改变为止，同样引起能量变换、转化、交换或递换的过程。被动力或外力表示，可用矢量能梯度来描述的，即
Ｆ＝ｄＥυ／ｄι＝ｄ（ｍυ²／２）／ｄι
＝ｍυｄυ／ｄι＝ｍｄυ／ｄｔ＝ｍａ
　　不仅平动具有惯性，而且其他任何具有保持其运动状态直至外力作用迫其改变为止的运动也具有惯性，转动运动具有惯性，其惯性量度称为转动惯量。常见物体转动来看，质量为ｍ质点绕轴距离为ｒ的转动惯量Ｊ＝ｍｒ²。穿过球心转轴的均匀分布质量的球转动惯量Ｊ＝（３／５）ｍｒ²。穿过圆环的中心上转动惯量为Ｊ＝（３／４）ｍ（ｒ²＋Ｒ²）。穿过重心圆柱转轴的转动惯量Ｊ＝（１／２）ｍｒ²。一句话所有穿过重心转轴的球、圆柱、饼形、环形等形状的转动惯量都与其总质量成正比和半径平方成正比，即
Ｊ＝ｋｍｒ²
其比例系数决定于形状和质量分布情况，包括椭球、圆锥、圆台等都是如此。自旋的涡旋体中心质量分布较集中，通常是由里往外质量密度逐渐减少的分布，其转动惯量也是上式，只是ｋ的比例系数存在差别而已。自旋体转动动能可由下式定义得之
Ｅω＝（１／２）Ｊω²
其中ω为角速度，是转过角度θ对时间ｔ的微商。要使其改变需外加力矩。
    二、引力作用
    近代物理把物质结构建立在粒子性基础上。若一粒子占有的空间，其他粒子不能再占用那个空间，即所谓物体不可入性。这种概念是从宏观实物现象机械地搬入物质领域中去，表面上像两个坚实表面物体碰撞时，往往互相弹开，虽可说明一物体占有空间，另一物体不能再占有那个空间。这仅在弹性碰撞特殊情况下成立的。实际情况都没有那么理想，多少含有非弹性碰撞成份，碰撞后两物体表面多少有点互相渗透或产生热运动，表现出可入性质。光被原子吸收变成原子的一部分，使得壳层粒子状态改变或能级跃迁，即场转化为实物，说明物质可入性。物质连续性、可入性、可叠加性是绝对的、本质的，而不可入性、不可叠加性则是相对的、特殊的情况下才能实现的。物质的连续性，又是可叠加性，使得物质在一定运动条件下浓缩成粒子、实物、天体，也可在一定条件下弥散成场状态的物质，两者之间可互相转化。也就是说实物是物质的浓缩形态，场则是物质弥散形态。
    如果说星体公转可用万有引力与惯性离心力平衡解释，但至今尚无令人信服地用牛顿力学解释自旋运动。从而把自旋看成跟相对静止或平动一样的基本运动更为自然些，更为妥当的。自旋不仅是天体基本运动形式，而且是微观粒子基本运动形式。原子结构建立在自旋和公转运动基础上，基本粒子把自旋作为基本参量之一来描述，甚至量子也离不了自旋。自旋是连续物质构成实体（天体、粒子、量子等）的基础。从而平动运动有惯性，自旋运动具有惯性，周期性变换运动具有惯性，和其他稳定状态也具有反抗外部改变其状态的特性，都属于广义惯性。本文讨论的力和惯性指的是广义力和广义惯性。
    极限速度运动的连续场质是最基本的物质形态，它存在于实物体周围的宇宙空间，并以万有引力场质方式流向实物体。由于实物体是由涡旋或微涡旋构成的，其中心具有无限浓缩质量趋势，使连续场质流向实物体。但愈近涡旋中心场质跟着旋转而径向分量减少，切向分量增加，从而愈近实物体场质密度愈高。又由于涡旋体不仅涡旋面上浓缩质量，而且其面的上下高速场质有趋于涡旋面的趋势，并跟着旋转而有向转轴浓缩趋势，使得涡旋体任一点具有涡旋的径向和沿转轴的轴向浓缩趋势，即质量密度分布为
ρ＝２ｋ／（ｒ²＋αｚ²）ω²
ｒ&sup2;＋αｚ&sup2;<（ｃ／ω）&sup2;
当α＝１时，质量分布呈球状，如星体和粒子；α<１时，质量分布呈铁饼状，如银河系和其它星系、星团；α>１时，呈竖椭球或近棒状，如磁涡量、量子等。由于涡旋体中心运动的，分布有所偏离。

两涡旋体相邻时，相邻一侧向心场质处反向叠加，具有浓缩趋势，而外侧场质同向叠加，具有弥散趋势，使场质从外侧趋向邻侧以趋于平衡，推动两涡旋体靠拢，即相吸。它是场质外侧趋于邻侧能量变换为动能或位能转化为动能的作用。这样涡旋体总是互相吸引而构成更大涡旋体。通常涡旋体在演化过程中，内外角速度不一致而分离成核心涡旋体和周围涡旋环，这些环中线的里外侧速度不一致而产生旋转，逐渐构成绕核心公转运动的小涡旋体，同理小涡旋体也可因内外角速度不一致，再分离为核心和外围更小涡旋体，构成多层次的涡旋体，如太阳系。稳定时引力大小与其质量成比，与核心距离成反比，称为引力趋势原理。
Ｆ∝ｍｍ′／（ｒ&sup2;＋αｚ&sup2;）
Ｆ＝ｋｍｍ′／（ｒ&sup2;＋αｚ&sup2;）
当涡旋体是球形时，则
Ｆ＝ｋｍｍ′／Ｒ&sup2;
与距离平方成反比。可见，引力本质是物体外场质叠加或交换不平衡、不对称趋于平衡、对称引起的作用。
    涡旋体又不可能无限浓缩质量，势必再弥散，并微旋化成粒子或量子，光热量子高速运动而辐射出去，构成引力浓缩质量与辐射的能量交换。愈近地球表面浓缩场质因涡旋运动而切向分量增大，径向减少，使径向作用愈近常数，称为重力，如
Ｆ＝ｍｇ
三、电磁作用
    涡旋运动必浓缩质量，但又不可能无限浓缩而中心必移动或向外弥散质量，使其构成了交换，交换的正反运动又必微旋化。在涡旋体内部构成一系列质块、粒子和量子，不规则高速运动量子向外辐射，而规则的微涡旋沿涡旋体轴正反向交换，即在其周围场质构成涡管式流动。当其交换不平衡时则具有磁性，对应实体坐标系的涡量场或磁场，涡量场线对应磁力线，密度愈大磁感应强度
Ｂ＝ｒｏｔＡ＝μＨ
愈大，方向按右手定则或涡旋指向，从一端进去而另一端出来。这类物体称为磁体，磁体沿磁场方向（或相反）移动，磁场或涡量变化率可化成
ｄＢ／ｄｔ＝ｄｒｏｔＡ／ｄｔ＝ｒｏｔ（ｄＡ／ｄｔ）
＝ｒｏｔ（－Ｇ）
其中Ｇ＝－ｄＡ／ｄｔ定义为电场强度，若Ａ为场流态参量，是场质量密度流态变化率参量。
    如果实体周围交换场质流态不平衡，进出场质流态具有加速单向性或具有交换不平衡性场质流态，这类交换场质具有电性。所谓带电粒子或带电体实际上就是其周围具有上述场质流态的粒子或带电体，密度愈大则电性愈强，通常产生于交换平衡粒子的破裂分离或物体摩擦使表面粒子分离时出现的现象。如漆棒与皮毛摩擦等使分子壳粒脱落生电，或者壳粒易脱离原子的导体受磁场或电场作用而使交换不平衡壳粒在导体中移动并形成电流。如果壳粒离开原子时加速场质运动定为负电，而原子核周围加速场质定为正电，两相邻时，相邻一侧加速场质同向叠加，加速度增大，而速度减少具有浓缩趋势，但外侧加速场质反向叠加，而速度增加具有弥散趋势，场质外侧趋向邻侧，推动两电体靠近，即相吸。反之，带同电的电体相邻则相斥。带电粒子周围加速场质趋于交换平衡，即加速场质叠加转化为交换场质，称为电磁趋势作用，这是电磁场质平衡趋势引起的吸引力作用本质。
    电磁交换是两实体粒子周围分布着交换场质相邻时，相邻一侧交换场质增强而具有浓缩趋势，并趋向核心或靠近的趋势，而且愈近核心愈强，直到两者碰撞。但若两粒子质量差别较大，即交换频率差别较大且整数倍，相邻一侧交换场质叠加的某些位置上同步而具有浓缩趋势，即相互吸引，只要小粒子同时切向运动，使吸引作用与惯性离心平衡，则处于稳定的允许轨道运动。这样原子壳层粒子跟原子核场质交换是在某些允许轨道上运动，并只能在允许轨道或能级间跃迁。宏观物体交换频率太高太杂，允许轨道间距比物体线度还要小，根本体现不出能级存在。因此允许轨道或能级存在是微观粒子电磁场质交换的基本属性，这是微观粒子电磁作用本质所在。原子由各自涡旋运动形成的，把外壳层的壳粒数和分布一样的归一类，为同元素原子。可见，同元素原子间质量略有差别，原子量具有统计性质。
    电能密度用电场强度Ｇ或磁能密度用磁场强度Ｈ定义之，其电磁能流密度
Ｗｅ＝εＧ&sup2;／８π
Ｗｂ＝μＨ&sup2;／８π
Ｗｅ＋Ｗｂ＝（εＧ&sup2;＋μＨ&sup2;）／８π
υ＝√(εμ)
√εＧ＝√μＨ
Ｓ＝Ｗυ＝Ｇ×Ｈ／４π
    四、原子作用
    同元素原子的质量存在差异，使能级或轨道有所偏离，所辐射量子能量或频率也有所差异。光源辐射光量子间能量或频率即使一致，相位和方位还是随机的，从而量子在空间移动中是不同步的，即不相干的。当其入射到光滑介面时，到达介面量子相位或方位各不相同，即动能改变量ΔＥ各不相同，动能改变量ΔＥ愈大，交换作用时间或停留时间Δｔ愈短。反之，相应动能改变量ΔＥ愈小，交换作用或停留时间间隔Δｔ愈大，即ΔＥ与Δｔ或Δｐ与Δｌ或ΔＮ与Δθ成反比，则
ΔＥ&#8226;Δｔ＝Δｐ&#8226;Δｌ＝ΔＮ&#8226;Δθ≥ｈ
加上同元素原子间所辐射量子能量或频率差异，即能量或频率改变量愈大相应交换作用（包括辐射和吸收等过程）时间愈短，使上式大于等于ｈ。
    上式是周期性变换和交换作用的基本关系式，对于同频率量子束具有相位和方位调整的作用，这时又可称为相位调整原理。对于不同频率量子束各自虽在介面上也有相位调整作用而产生色散现象，但更主要的是能量或频率改变量不同或愈大而引起交换作用的时间不同或愈小，即交换愈快（频率愈大）作用时间愈短。若上式与量子力学测不准关系等价，那表明宏观上同元素原子间因原子量差异而使壳粒能级和轨道存在差异，所辐射量子不仅能量或频率存在差异，而且量子间相位和方位又是随机的，使光谱线有一定宽度。可见，测不准关系式实际上是微观粒子能量改变量愈大，交换作用时间或量度时间愈小（或愈精确），即动量改变量愈大，交换作用时间里引起位移或量度位移改变量愈小的量度关系。宏观物体动能或动量改变量很大，作用几乎立即产生的。
    原子核也是质量浓缩和弥散交换的竖椭球状的涡旋体，并在交换中形成微涡旋的粒子，粒子质量由里往外愈来愈轻分布，即存在重粒子、介子、轻粒子三层次分布。由于交换整数倍，才能使粒子交换同步而处于相对稳定状态，因此重粒子的质量相等或若干整数倍是其稳定处于原子核中的基本条件。又由于质量相等而使重粒子都可能成为中心，即向中心挤压趋势，挤出重粒子并带动边缘的轻粒子而放射出去，构成了放射性元素原子核。重粒子间交换作用为强作用，边缘轻粒子交换作用为弱作用，重粒子与轻粒子间作用为电磁作用。它们都建立在交换同步或交换整数倍基础上，称为交换同步及其整数倍原理。它与外力作用原理和引力真正趋势原理一起成为本理论的三大原理。
    同元素原子间质量存在差异，具有统计性质，从而原子核或重子之间也存在差异，相应地强作用不是单一值。同理轻子间质量也存在差异，相应地弱作用也不是单一值，而是在平均值附近。介子可以看成重子间的交换粒子，中微子可能是轻子间交换粒子，重子与轻子间交换的是量子。它们是原子核击破后生成“基本粒子”的基础。频率整数倍的交换作用较强，碰撞也是如此，从而同频率或同相位时粒子碰撞最强烈，并构成共振态粒子。可见微观粒子因交换频率较单纯，只要交换频率相等或整数倍，就容易达到同步稳定状态。
    低速粒子跟量子类似包含矢量能和标量能，只不过矢量能不是纯粹平动能和标能不是纯粹周期变换能，但包含平动能和周期变换能，即也具有波动性，若变换能并等于动能，它相当于量子的基本关系，所不同的是粒子多了交换能和自旋能。即
Ｅ＝Ｅυ＋Ｅω＋Ｅν＋Ｅν’
Ｅυ＝Ｅν，　　ｍυ&sup2;／２＝ｈν／２
ｐ＝ｍυ＝ｈν／υ＝ｈ／λ
表明粒子速度υ愈小，变换频率ν愈小或波长λ愈长。宏观物体能量交换可以看成大量各种微观粒子交换频率的叠加，即交换频率范围太宽，显示不出波动性。微观粒子交换频率较单纯，不仅运动过程具有波动性，而且交换频率整数倍粒子间交换较强，这就是原子壳层能级及原子核内核子作用存在的基础。
    平动、自旋、周期性交换（或变换或递换或递传）是最基本运动形式，而周期性交换决定于粒子或实物体交换频率的宽度，其下限是变换频率。
Ｅ＝Δｈν＝ｍｃ&sup2;（１－υ／２ｃ&sup2;）
当其处于光速度运动时
Δｈν＝ｍｃ&sup2;／２＝ｈν／２
交换频率与变换频率实际上没什么差别。但低速度运动的粒子或实物的交换频率实际是各种频率叠加的结果。
    如果交换频率改变量也是与作用时间成反比，即满足测不准关系式的话，这时测不准关系含义已不是原来的意义，而是交换频率宽度或质量愈大，相应地作用时间愈短。宏观物体质量大，作用时间极短，几乎瞬时作用。微观粒子质量小，作用时间长，而且质量愈小，作用时间愈长。从而重粒子间强作用的交换能量改变量大而作用时间又短，相应地交换粒子－介子质量大且交换作用时间短，即粒子性强。轻粒子间弱作用的交换能量改变量小而作用时间又长，相应地交换粒子质量小（相当于中微子）且交换作用时间长，即联系微弱。重粒子与轻粒子间电磁作用的交换能量和作用时间介于两者之间，相应地交换粒子－量子质量和交换作用时间，即粒子性介于两者之间，且量子变换频率愈大粒子性愈强。
    电磁作用不同于电作用或磁作用，也不同万有引力作用，更不同于机械摩擦作用或弹性作用。强作用、电磁作用、弱作用是交换平衡作用的主动力，而引力作用、磁作用、电作用是交换不平衡作用的主动力。引力是涡旋运动浓缩质量引起的作用，它作为实物体能量虽然可与辐射量子流出入平衡，但两者性质完全独立的。引力场质本身只往实物体流动，因此应看成交换不平衡的特殊形式。磁作用和电作用就是前面所述交换不平衡的作用另一种形式。机械的摩擦作用和弹性作用都是反抗相对静止破坏引起的被动作用，性质更不同于上述作用。但不管怎样，作用力本质仍是能量的变换（转化）、交换、递传。
    五、机械作用                  
    宏观物体内分子不规则运动的能量称为内能，而内能是由温度定义的，因此温度愈高表示分子不规则运动愈激烈，并反映在分子统计分布曲线偏向速度高分子较多或平均动能较大。物体之间存在温差，温度或内能趋匀必向外辐射热量或对外做功，如恒压下膨胀体积或固定体积下增大对外压强或温度。许多动力就是利用气体加热的体积膨胀来推动机械运动。它是一种热能或内能变换转化为机械能的方式，迫使机械改变相对地面静止状态为运动状态。通常在地面上物体间处于相对静止的平衡状态，要使物体或机械重新运动必须提供能量变换、交换、转化条件，如用热能、电磁能、水位能、原子能和其它能量变换转化而来的，一旦停止提供能量，运动就会因摩擦趋于平衡而停下来，并处于相对静止状态。
    若外力作用下，机械物体的固体形状不变或可略去不计，可近似作为刚体或质点。地面上宏观物体和机械间存在着重力作用、摩擦作用、碰撞作用、弹性或其它作用等，而地面上物体间重力作用和摩擦作用几乎无处不在，使得物体总是下落和处于相对静止。重力跟引力一样趋于涡旋中心趋势引起的作用，是物体或机械位能与动能变换转化的作用。摩擦是阻碍已处于平衡状态的改变趋势或趋于平衡状态的作用，是动能变换转化为热能的一种作用。推、压、牵、抬或碰撞等的弹性作用也是阻碍处于平衡状态（惯性）的作用，并引起能量变换或交换的作用。可见，作用力是运动状态平衡的趋势（主动力）或破坏平衡状态的能量变换、交换、转化的表现形式。牛顿力学适合于处理机械运动。
地球表面实物体之间作用总是趋于平衡稳定，即相对静止稳定状态，只有相对静止才处于作用力平衡状态，只有重心低，才处于稳定状态。如水总是自动流向低洼处，并逐渐积累形成海洋。由于地球自旋和公转（公转轨道面与太阳自转轴有２３度夹角而形成四季），地面物体随其运动，包括可流动的大气和海洋也随其运动一定地点的大气和海洋受太阳光照射角度周期性变化，形成周期性风向风力和洋流的变化，加上周围各种不规则作用因素，形成不规则风向风力和洋流，两者合成复杂气象。风力、水力等可以推动物体运动，实物存在相对地面运动，在趋于平衡状态或受大气、海洋、地面摩擦过程中停止下来。重心愈低愈不易被推动，即处于愈稳定状态。因此平衡稳定是地面建筑物设计基本根据。

参考资料：
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》 陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》 陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版

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