理论教育 物理学理论体系建议-《时空学概论》结晶

物理学理论体系建议-《时空学概论》结晶

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:基于以上观点,提出以下建立物理学理论体系之建议。目前,物理学理论体系的现状是只有物理学定律和物理学原理。在物理学发展初期和近代一般称为“定律”,现代多称“原理”。在没有这些定律之前的物理学中,没有这些概念和逻辑关系,因此这些定律在理论上不可能被证明。这一节既是为了说明下一节时空学公理的设立原则,也是为建立系统的物理学理论抛砖引玉。

物理学理论体系建议-《时空学概论》结晶

理学是一门实验科学。它产生于实践,又必须经受实践的检验,并服务实践、指导实践,在实践中完善和发展。基于以上观点,提出以下建立物理学理论体系之建议。

物理学公理是物理学理论体系的核心。物理学的其他理论或是物理学公理演绎的结论,或虽然不是物理学公理演绎的结论,但必须与物理学公理相容。

物理学理论体系由物理学公理、定理(含公式)和物理学概念组成。

目前,物理学理论体系的现状是只有物理学定律和物理学原理。两者都是从实践中总结出来的理论假设,并无严格区别。在本质上,物理学定律和物理学原理都是物理学公理。如“热力学第二定律”又称“熵增加原理”。在物理学发展初期和近代一般称为“定律”,现代多称“原理”。在物理学理论体系的现状中无公理,并且基本无定理。因此,物理学理论体系的现状完全滞后,不适应现代物理学的发展。建立现代物理学理论体系已经刻不容缓。

物理学非基本公理,即物理学分支学科的公理。某一学科的公理应该随着该学科的建立而建立。例如,量子力学只能在量子力学公理建立之后或同时建立;如果以后又产生了物理学新学科,该学科的公理当然只能同该学科一起建立。由于这些分支学科的研究范围各不相同,它们的公理一般对物理学其他分支学科没有约束力。即某分支学科的公理一般在其他学科无交叉、无应用。物理学非基本公理也必须具有必要性、唯一性、独立性和实践性四个特性。

物理学定理:根据物理学公理演绎出来的,具有普遍意义的重要物理学命题。与数学定理不同的是,物理学定理不能归纳出来,因为物理学中不存在完全归纳法。

推论:即定理。特指由某一公理或定理直接推导出的,具有普遍意义的物理学命题。

物理学公式:具有方程形式的物理学命题。物理学公式的性质可以是定理或一般性公式。

物理学概念:反映某类物理现象的特征或本质的思维形式。人类在认识自然现象的过程中,从感性上升到理性,把所感知的事物的共同本质特点抽象出来,加以概括,就成为概念。概念都有内涵和外延。概念是发展变化的,它随着人类认识的拓展而越来越接近其本质。概念是理论的重要组成部分。(www.daowen.com)

物理学定律本质上是公理。建议今后不再用定律命名新的公理。

第一,今后出现的物理假设应该视情况将其设置为公理。

第二,对已有的物理学定律进行清理。将可以证明的作为定理,不能证明的可以视情况升格为公理或继续保留为定律。

例如,“阿基米德定律”中的“浮力”,实际上是液体对物体表面压力合力。笔者以前曾经做过一次计算,发现液体对球体、长方体、锥体表面压力的合力,都与物体同体积液体的重量相等。如果数学上对任意曲面形成的闭合体,能够计算其表面压力的合力及体积,这个问题就解决了。还有,“开普勒行星运动三定律”,现在利用“万有引力定律”已经证明成立,因此“开普勒行星运动三定律”是定理。

如果物理学定律提出了新的物理概念,界定了新概念与其他物理概念的关系,拓展了物理学的领域和空间,则在理论上必然不能证明其正确性,因此从逻辑上讲它们都可以上升为公理。例如,牛顿第二定律提出并定义了惯性质量的概念,提出并定义了力的概念,界定了惯性质量与力和加速度的关系;万有引力定律,提出并定义了引力和引力质量,界定了引力质量与距离、引力常数和引力之间的关系;胡克定律提出和定义了弹力概念,界定了弹力与弹力产生的位移之间的关系。在没有这些定律之前的物理学中,没有这些概念和逻辑关系,因此这些定律在理论上不可能被证明。并且,它们分别开拓了物理学中有关惯性概念的空间、引力概念的空间、弹力概念的空间,实践检验它们都是正确的,因此它们都应该升格为“动力学公理”。

同样,热力学第一定律定义了热力的概念,第二定律定义了熵的概念,也应该升格为热力学公理。如果从能量守恒的角度思考,热力学第一定律连定理也不够格;而能量守恒定律,由于不能用完全归纳的方法证明其正确性,理论上是不可证明的,但实践证明是正确的,因此也应该升格为(动力学)公理。在牛顿第三定律之前的物理学并没有“反作用力”的概念,因此牛顿第三定律也是不能证明的,也应该升格为动力学公理。

第三,如果有的定律因为被证明而成为定理,有的不能证明而成为公理,也应该保留其“定律”的称谓,以彰显其历史功绩。不过在概念上应该明晰是定理或公理。

这一节既是为了说明下一节时空学公理的设立原则,也是为建立系统的物理学理论抛砖引玉。希望业界能够将此项工作提到议事日程上来。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈