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| 2025/01/18 05:40:43瀏覽20|回應0|推薦0 | |
之前就已經說過,力學中的動能的觀念有錯。那錯在哪裡呢?這裡做個分析。 在力學裡,定義動能的公式是動能=1/2質量 ×速度2。仔細理解這個公式就會發現這是一個數學公式,而不是物理公式。物理公式必須具備物理意義。並且所有的因子都必須具備物理意義。這個公式中質量及速率都具備物理意義,但是速率的平方不具備物理意義。以至於公式的右方不具備物理意義。物理公式不具備物理意義自然是錯的。不過這個公式具備數學意義,可以用來計算。 這個公式明明是從物理實驗中歸納推導出來的,怎麼就不具備物理意義呢?這就要重新審視砝碼撞擊黏土實驗了。從實驗數據歸納出公式並不需要用到物理觀念,只需要使用數學中的數據擬合(data fitting)的方法就可以。但是要從實驗推導動能公式則需要用到一個稱為功的物理觀念。 功這個觀念是十九世紀,法國一位數學家所提出的。施力於一個物體,力會對物體做功,使物體加速。傳輸到物體的能量就是功。一般物理書中將功定義成力對物體移動距離的向量內積。功 = 力 ⋅ 距離。這個公式容許多種理解方式,包括錯誤的理解,所以僅能作為數學公式看待。正確的公式應該是功 = 直力 × 距離。只有施於運動方向的力才會做功。 舉例來說。一個人從地上抬起一塊石頭,在對石頭做功。舉著石頭加速前行,對石頭有做功。舉著石頭等速前進,對石頭沒有做功。 從黏土撞擊實驗的結果可以逆推出物體在撞擊前的動能。物體撞擊後黏土後對黏土相對靜止。相對動能是0。那麼物體在撞擊前的動能就是對黏土做的功。直力是直力 = 質量 × 速度 ÷ 時間。距離是距離= 1/2 × 速度 × 時間。在計算功的過程中消去時間,就得到動能公式。但是消去時間也消去了物理意義。運算結果在數學上仍然正確,在物理上卻是錯的。 力學的動能公式還有一個更嚴重的錯誤。這個錯誤是公式存在偏差。速率越高偏差越大。由於實驗都在低速下進行,無法觀測到偏差。以此建立的理論雖然符合低速的運動,卻是錯的。前面已經討論過,這種情況在物理學並不少見。如地平說、如重力加速度為常數等都犯了類似的錯誤。動能的這個偏差一直到相對論才被發現。動能公式其實是相對論中物體能量以泰勒級數(Taylor series)展開的第二項。展開的公式是:
物體能量= 物體靜能 + 物體力學動能 + 剩餘高次項能量 從對於動能的深入解析過程,可以得到三個認知:
動能的觀念其實可以用物體能量差的觀念取代。物體的能量可以分成兩部分。一部分是相對於觀察者或參考系的,這一部分是動能。另一部分是絕對量,不因觀察者或參考系改變,這一部分是靜能。當物體與觀察者處在相對靜止狀態,物體相對於觀察者的能量只有靜能。在其他的運動狀態,物體的能量與物體靜能差就是物體相對於觀察者的動能。 宇宙是四維空間。在力學的四維空間文中討論過人如何將四維空間認知成會變化的三維空間。其中已經詳細說明物體的移動來自於觀察者因記憶產生的錯覺。這就意味物體其實只有靜能。動能是觀察者賦予物體的。所以真實物理中沒有動能。在後續討論相對論時會有詳細解說。 |
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