物理学的哲学思考
物理学的魅力在于它的普遍适用性,在于它带给我们的哲学思考。
我们知道,物理学是探讨物质的结构和运动,探索大自然客观规律的学科。物理学的前身是自然哲学,著名的物理学家艾萨克牛顿就是在他的著作《自然哲学的数学原理》一书中构建了整个经典力学的物理学大厦。下面我们讨论下物理学中引人入胜的哲学思考。
力
我们知道,万事万物都是相互影响和作用的,世界上没有完全独立而不受外界影响的物体。想想著名的蝴蝶效应,一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能在两周后引起美国德克萨斯引起一场龙卷风。由此可见,世界上的万物之间有着极为复杂的相互影响和作用,牛顿将物体之间的相互作用抽象成一个概念力。
惯性
惯性是指物体具有保持静止状态或者匀速直线运动状态的性质,它是物体的一种固有属性,由物理学家牛顿提出。在《自然哲学的数学原理》中他将惯性定义为:
惯性,是物质固有的属性,是一种抵抗的现象,它存在于每一物体当中,大小与该物体的质量成正比,并尽量使其保持现有的状态,不论是静止状态,或是匀速直线运动状态。
同时,他在本书中还提出了惯性定律,也称牛顿第一运动定律,简称牛顿第一定律,即任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
惯性定律几乎在各种社会和自然现象中找到它的影子,例如:汽车在高速行驶时紧急刹车,不是马上停下来,而是滑行一段距离后停下来。西方文明兴起之后,日本经过明治维新由封建社会快速进入资本主义社会。而中国的洋务运动失败,之后进入了漫长的学习西方和探索自身发展道路的过程。金融市场,当一支股票已经高估,价格远远超过其价值的时候,依然我行我素,一路狂飙,进入非理性甚至癫狂的状态。
这些现象的背后都是惯性定律在发挥着作用。
运动
一切物体都在运动,绝对不动的物体是不存在的。物体只有在绝对零度的情况下才会处于完全静止的状态,此时物体的动能为零。
绝对零度,是热力学的最低温度,热力学温标的单位是K(开尔文),绝对零度就是0K(约为273。15或459。67)。在此温度下,物体分子没有动能,但仍然存在势能,此时内能为最小值。然而,绝对零度在现实中是无法达到的,只是理论的下限值。
在分子运动论中也体现这一切物体都在运动的真理,这是人类在长期实践探索中形成并不断发展完善的对物质的微观结构的认识。它的基本内是:物体是由大量分子组成的,分子永不停息地做无规则运动,分子之间存在着相互作用的引力和斥力。按照分子运动论,热现象是大量分子无规则运动的表现,温度表示分子无规则运动的激烈程度,物体的内能是大量做无规则运动的分子具有的能。
运动揭示了万物运动变化的绝对性。它给我们的启示是,我们要用发展的世界观看问题。中国也有句古话,能很好的概括这个原理:士别三日,当刮目相看。
佛教中的无常也表达了事物运动变化的决定性。无常是梵语(anitya)的意译,是指世间万物不是常恒不变、永恒存在、永远不变的,一切都在变化。
18世纪西方文明崛起,我们不能以天朝的眼光看待自己,以朝贡国的眼光看待西方诸国;21世纪,亚洲崛起,我们在指责西方以殖民时代的眼光看中国的时候,是否也检讨过自己在现在有没有以殖民时代的眼光看待自己?
牛顿第二定律
牛顿在《自然哲学的数学原理》提出了牛顿第二定律:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。
在物理学的世界该原理的现象我们不再陈述。在中日现代化进程中,我们也可以看到牛顿第二定律的普遍适用性。
18世界欧美文明崛起的时候,西方文明强势席卷全球。对中国和日本这两个国家来说,是受到同等大小的西方文明力的影响,中日两国同时感受到巨大的生存压力,各自发起了洋务运动和明治维新。根据牛顿第一定律,中国体量大,质量大,惯性就大;根据牛顿第二定律,中国质量大,在同等西方文明力的影响下,这个近代化进程的加速度就要小的多。所以中国现代化进程慢,并非所谓的日本人的优秀国民性和中国人的劣根性。无论是国家和个人,在受到巨大生存压力的情况下,总是希望找点理由解释些什么问题,好像这样可以使得变化的速度会快一点。但根据客观物理的原则,这些理由没有太大的意义。
牛顿第三定律
牛顿在《自然哲学的数学原理》也提出了牛顿第三定律:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
关于作用力和反作用力那些耳熟能详的句子有:出来混,迟早要还的。世上没有免费的午餐。想要收获,得学会先付出。没有无缘无故的爱,也没有无缘无故的恨。等等
势能
势能(potentialenergy)是储存于一个系统内的能量,也可以释放或者转化为其他形式的能量。势能是状态量,又称作位能。势能不是属于单独物体所具有的,而是相互作用的物体所共有的,是物体由于位置或位形而具有的能量。
在中国古代的哲学巨著《孙子兵法》中有对势的详细描述,本质上和物理学中的势能是一样的。其中最为有名的一句话是:故善战者,其势险,其节短。意思是善于打仗的人,他所造的势是险峻的,他所造成的节奏是短促的,所以善战者都是造势大师。造势就是积累势能,在最佳战略时机将势能转化为可见的动能就会产生最好的战略效果,所以最佳战略时机就是敌方势能为零,而我方势能达到最大的时刻。
积累势能就是等待,忍耐,很多人认为等待是不作为,其实等待是积累势能的过程,是造势的过程。在造势的过程中,你可以充分发挥时间的力量进行势能的积累。势能的一个很大的特点是它不被察觉,不像动能那样可以直观的感受到,但是势能却是实实在在存在的能量,而且在我们世界的各方各面都有体现:
比如,中华文明最为擅长的忍其实就是在积累势能的过程,等到他不再忍耐并行动的时候,他的势能是达到最大的时刻,而经过漫长的忍耐,敌方已经完全势微,它就会以排山倒海的势在最短的时间内将敌方打垮。也就是说,中华文明的最大优势就在于发挥时间的力量,把敌方熬到势微,把敌方耗死。打败敌方的不是最后的挥刀,而是十年的磨剑。大多数人,尤其是年轻而且智慧不足的人,或者是18世纪以来运气爆棚却自以为是能力和勇气的西方人,显然是不会把忍放在眼里的,不过他们最终会学到的。
再比如,在金融市场,你往往会发现如此类型的股票:它们往往几年不动,但一动就涨十倍。这是什么原理?在这些股票长大数年一动不动,难道大股东或者做多资金没有动作吗?显然不是,他们一直在买进,积累势能。我们在股票K线图上面看到的是陡峭的上升线,却完全看不到做多资金数年的积累。
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