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[提问] 关于天体力学的一个大胆而不敬的推测

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发表于 2021-3-18 09:23:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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关于天体运动, 我觉得真正有实质贡献的人是开普勒,而不是牛顿.原因在于 开普勒三大定律是基于大量的数据总结发现出来的,是属于古代版本的大数据挖掘的工作, 是渐次的从几何学的角度解释了天体运动的几何规律, 而牛顿在此基础上引入了神秘的力学属性, 只是在此基础上加入了神秘学的解释.他假设万物之间都有神秘的吸引力,而且万有引力是所有天体运动的唯一根本原因.

牛顿想解释天体运动的成因的动机固然是不错的,但实际上是多此一举,从后人的角度是可以解决牛顿当时的困惑的:
1)几何学是一种现象, 是不需要 力学来参与成因解释的.  
只要几何的约束是成立的,那么我们就能得到变化规律. 就是说,只要物体是椭圆/二次曲线的运动轨迹,就势必得到关于时间的二次导数是平方反比定律.
2) 牛顿研究天体运动规律的方法论是不靠谱的.
我在地球上, 也是完全可以模仿造物主的万有引力的.
我用3D打印技术,用电钻锤子 随便建立一个椭圆轨道,然后 用电机驱动 一个带有单片机板子的物体在 椭圆轨道上运动, 那么,无知的我们, 要解释该物体之所以有这种椭圆运动的运动成因,总不能 说他受到了一个来自于 轨道焦点处的 某个神秘的 引力的作用吧,更可怕的是你还敢 推而广之,说万事万物都有引力,还把引力的计算公式都给出来了,后面你自己感觉都不好意思,量纲有问题,但你不甘心放弃这种创新,继续在这条道走到黑,干脆就再加一个超级夸张的引力常数来调和一下,这个显然是 荒谬的,  而牛顿加入了万有引力工作,其本质就是这样的.而无数个后人, 包括爱因斯坦,依然还把万物之间都有引力作用, 并且引力大小是有万有引力公式的 视作为 真理, 甚至于 还发展了 引力场,引力波 这种概念, 我不能理解,  甚至还有无数高智商的先辈们 苦哈哈的 想把万有引力 纳入到四大基本力的大一统里,  我只想说  皮之不存毛将安附焉,这么浅显的道理难道没人知道吗....

大家怎么看
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发表于 2021-3-20 13:55:28 | 显示全部楼层
wayne 发表于 2021-3-20 10:35
关于平方反比关系没啥好说的,本质上是开普勒三大定律的马甲变换。再加上早前胡克作为皇家学会最大boss猜 ...

所以说,牛顿的功劳在于引入了假设,解释了天体之间力的本质——“引力”,并且默认了引力质量与惯性质量成正比(当然现在实验都没找到足够证据说明它们不一致)。爱因斯坦也曾考虑过引力质量和惯性质量的问题。

当然,最容易忽略也最重要的相互作用定律(牛顿第三定律),在引力场里面成立,才是最大的问题。

如同电磁场具有动量和能量一样,引力场如果本质和电磁场一样的话,那也应该有。这样一来,若用质量来代替引力场,认为符合牛顿第三定律,那就不对了。例如涉及到电磁场时,只考虑运动电荷之间的相互作用,就不符合相互作用律,因为没有考虑电磁场也有动量和能量的事实。此外,质量作为“引力荷”,那理论上也应该有“反物质”(具有负质量),但目前还没有发现(至少不如负电荷常见)。并且,电磁都有屏蔽的方式,引力也应该存在引力屏蔽的原理,这就涉及到反重力的领域了。

但如果引力场本质与电磁场不同的话,那需要解释这个引力场本质和其他场有啥不同,并且还要回答一个问题:引力传播速度是超光速的还是像电磁波那样以光速传播?若不是有限速度,如何解释引力在非常大尺度太空内的作用仍然能够保持开普勒观察的那种规律?而牛顿的引力理论暗含了超距作用假设(虽然他本人不认同),既然涉及到超距作用,就有必要讨论“同时”的定义。这样,相对论不可避免地就出现了。

除了以上问题,我最好奇的是,引力是否不受介质类型区别,只跟质量和距离有关?或许引力常数并不是常数,只是我们宇宙中缺少某种类型的介质。如果这个常数可以改变,就能改变引力,动态改变后就能获得类似荡秋千一样的参数振动效果,实现实现星际旅行或反重力飞行。
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 楼主| 发表于 2021-3-20 10:35:27 | 显示全部楼层
zhouguang 发表于 2021-3-19 23:36
哇塞,大大们还对物理有兴致,呵呵。
质量有两种:一种是引力质量,就是产生万有引力的那种能力。一种是惯 ...

关于平方反比关系没啥好说的,本质上是开普勒三大定律的马甲变换。再加上早前胡克作为皇家学会最大boss猜测万物互相吸引,并且吸引力可能是平方反比关系这种 方向上的引导,让牛顿去证实一下,牛顿自然而然会往这个方向锁定,终于在数学过程中完成了平方反比关系的严密论证。

但是这个时候并没有创新,只是等价变化而已,胡克交代的任务还没有完成,就是成因解释,从几何学到力学的跃迁,就需要处理引力质量的关系,如果我们翻看牛顿的呕心力作《自然哲学的数学原理》这本书的话,会很失望,因为并没有明确的解释。幸好Wikipedia关于“质量”这个词条是有非常详细的解释的。大致上就是引力质量这个概念早在万有引力提出之前就存在,只是没有量化而已。比如伽利略,开普勒各自都有自己的感性认识。
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所以,我们不难推测,牛顿在引力质量这块的处理的微妙之处就在于 他假设了两个条件是成立的,第一个条件就是引力质量与惯性质量成正比,第二个条件就是他的牛顿第三定律要无条件成立[作用力的大小等于反作用力的大小]。基于这两个假设,他就把两个物体的质量直接乘起来了【乘起来就能与他的牛顿第三定律圆起来,严丝合缝】,出于第一个条件的严谨性,囊括可能存在的问题,就加上了引力常数,作为调整因子,地球的质量谁能称的出来就称去吧,反正我这么处理是很安全的,^_^


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 楼主| 发表于 2021-3-19 10:37:28 | 显示全部楼层
Ickiverar 发表于 2021-3-19 09:06
牛顿引力和开普勒定律也根本不是等价的。开普勒定律只是牛顿引力在二体问题下的特解,三体了解一下?

关于三体问题。我想说 很多很多人都 误以为  解出了基于牛顿万有引力的三体微分方程,就彻底解决了三体问题。这真是太天真了。

首先,万有引力定律的背后的方法论通过现在的我们分析,发现并不靠谱,基于万有引力得到的微分方程组是否 完美无偏的 覆盖真实的三体运动 实相 是一个值得讨论的问题。
即便是 二体问题,水星近日点进动,牛顿的万有引力都不能算过关。
包括大家都津津乐道的拿万有引力预测太阳系的新行星都是一个美丽的愿望/or谎言(冥王星现在已经被踢出太阳系大猩猩家族了,实在是不得已,因为如果冥王星这种小角色都能算大行星,那太阳系的大行星可就多的去了)。

其次,牛顿本人终其一生 都解决不了三体微分方程组。
万有引力背后的方法论 是机械主义的决定论, 绝对静止的时空观,是神秘主义,将这种方法论最终推向巅峰的集大成者是 拉普拉斯,
然而非线性动力学方程预示的混沌,初始值精度的微小变化可以导致方程组的解 能够遍历 解的状态空间的所有值,岂不谕示着巨大的绝望和讽刺?

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发表于 2021-3-18 09:49:23 | 显示全部楼层
个人以为,牛顿是真牛叉,建立了古典物理学。牛顿比开普勒多就多在多了一层理论抽象,使得 xxx 由经验&实验变成了一门学科(科学不科学不知道,但学科是错不了的)。
搞理论抽象才是太难太难的,中国几千年来,数学还停留在三字经、口诀的水平。

点评

数学还停留在三字经、口诀的水平。 这话从何谈起?祖冲之算圆周率很了不起 。  发表于 2021-3-18 20:05
没有牛顿,微积分照样会有.  发表于 2021-3-18 10:17
牛顿到处干架,先是胡克,然后是莱布尼兹,...  发表于 2021-3-18 10:16
我现在只讨论天体运动学,:), 没打算 做大范围的攻击.  发表于 2021-3-18 09:51
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发表于 2021-3-18 09:54:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 aimisiyou 于 2021-3-18 15:41 编辑

你这是站在上帝视角看问题,人是四维空间生物(算上不可回溯的时间)。就像平面上的圆锥曲线(似乎毫无关系),拿到空间中(平面切割对顶圆锥面的结果)就很好的统一起来。所在维度不一样,看问题的结果就不一样。相对正确与绝对正确的问题。在目前维度空间做到“拟合”统一,且适用范围还比较大,可看做一种很实用的算法。可能在高维度空间,这些各种力就能统一起来。
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发表于 2021-3-18 10:16:39 | 显示全部楼层
牛顿的《自然哲学之数学原理》就是用几何方法来研究的。里面关于月球对地球潮汐的影响也是用几何方法研究的。
另一方面,引力常数好比弹簧刚度系数,是为匹配量纲不一致而产生的系数,是测量出来的,但可以反复检验。至于本质是否真的就是引力,实际上不重要,因为只要能等效就行。于是爱因斯坦考虑了惯性系之间的等效和非惯性系的之间的等效,提出《相对论》。

点评

嗯,所以猫腻就在这里,^_^  发表于 2021-3-18 15:47
“经验公式”只是不考虑量纲,所以没有物理解释性。但如果有量纲,就可以认为是某种规律推导出来的应用公式。  发表于 2021-3-18 15:17
@wayne 呃,从“万有引力定律”(而不是“万有引力定理”)这个名词来说,它属于公理性质的东西,你可以认为是某种经验公式,因为它无法从理论推导出来,而是大量实验观察得到的规律(就如同你说的开普勒定律)。  发表于 2021-3-18 15:11
所以你觉得万有引力是实验物理学,是经验公式,而不是 理论公式了?  发表于 2021-3-18 10:23
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发表于 2021-3-18 11:01:27 | 显示全部楼层
实验物理不可避免地带有误差属性,只知其然不知其所以然,且难以用来预测。牛顿的厉害之处就是给出了一个理论的解释,即只要万有引力公式是正确的,那么一个星球围绕另一个星球的运动轨迹必然是二次曲线(先不考虑其他天体对这二者的影响)。并且给出了很多基于此的预测。虽然这个定律也存在问题,但是不影响其伟大。至于引力常数的具体值,其实并不重要,最重要的是其不变性。
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 楼主| 发表于 2021-3-18 11:35:35 | 显示全部楼层
lsr314 发表于 2021-3-18 11:01
牛顿的厉害之处就是给出了一个理论的解释,即只要万有引力公式是正确的,那么一个星球围绕另一个星球的运动轨迹必然是二次曲线(先不考虑其他天体对这二者的影响)

嗯,我这里的疑问不在于引力公式的数学意义. 因为引力公式 里的 加速度与距离的平方反比定律 本质上是开普勒定律的等价变换.,是 可以互推的 ,但我会归功于开普勒,而不是牛顿.否定了这块内容就是否定了开普勒的实验观察出来的规律,而不是否定了牛顿的功劳。
要论牛顿的功劳,咱们得讨论 万有引力公式 外延的部分.
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 楼主| 发表于 2021-3-18 11:49:40 | 显示全部楼层
kastin 发表于 2021-3-18 10:16
至于本质是否真的就是引力,实际上不重要,因为只要能等效就行。.

嗯,但是因果关系变了。牛顿的万有引力是非常雄心勃勃的,他是在解释成因。
本来一个在固定轨道运动的物体 咱们用微分几何的手段描述一下就行了,咱们只需描述椭圆运动是 这个是物体的几何 本征属性。
至于天体运动为啥会是椭圆的几何属性 跟我们在 问为啥地球的形状是圆的 是一样的,没有意义[人就是有两条腿两个眼睛两个耳朵,这是人的定义]。 但牛顿在这里多余发挥的地方是 引入了成因解释,因为万物相互吸引,所以才有这种天体运动学的几何属性。
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 楼主| 发表于 2021-3-18 12:05:49 | 显示全部楼层
aimisiyou 发表于 2021-3-18 09:54
你这是站在上帝视觉看问题,人是四维空间生物(算上不可回溯的时间)。就像平面上的圆锥曲线(似乎毫无关系 ...


我很喜欢你的评论、 不过我更倾向的解释是 宇宙天体 很可能用 四维或者更高维的几何空间[不算 时间] 解释最恰当。
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发表于 2021-3-18 15:34:42 | 显示全部楼层
wayne 发表于 2021-3-18 11:49
嗯,但是因果关系变了。牛顿的万有引力是非常雄心勃勃的,他是在解释成因。
本来一个在固定轨道运动的 ...

所以他把时空绝对分开了,正是因为如此,才导致他回答无法回答“第一推动”问题,晚年只能研究上帝去了。而爱因斯坦看到了这种对于因果解释有着不同看法,认为不是引力导致几何属性,而是先有自然的“直线”运动,然后时空弯曲造就了“二次曲线”轨道。

点评

好吧,可能是皇帝的新装,大家都 讳莫如深吧  发表于 2021-3-18 18:27
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发表于 2021-3-18 22:06:37 | 显示全部楼层
引用书上的一段话:科学的每次进步,都是因为站在了前人的肩膀上,但这绝不代表是对前人成果的全部继承,而是去其糟粕,取其精华的过程。科学的发展史,是个肯定与否定的辩证过程,世上本无超人,每个人都有犯错的可能,如果对权威的成果不加批判的全部继承,科学就不会诞生,更不会有现代的科学成就,从伽利略、牛顿直至爱因斯坦,无不如此。
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