人类对引力传递方式的认识历程

http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=29377

人类对引力传递方式的认识历程

“设想一个物体可以不经任何介质，即超越虚空把相互作用和力作用于另一个物体，对我而言是极大的荒唐，所以我相信任何一个具有合理逻辑的哲学思想的人不可能接受这种思想。”------牛顿

历史上引力传递方式的设想，可分为超距作用和接触传递两种。其中超距说主张无媒质作用，代表人物为古希腊的伊壁鸠鲁和近代康德；接触说主张有媒质作用，历史上有三种学派出现，既古旋涡说、交流说和场说。古旋涡说的代表人物是留基伯、德谟克利特和笛卡儿；交流说的代表人物：牛顿；场说是现代物理学的主流观点。

相距物体是怎样发生作用的？或者说引力的远距离传递的方式是什么？在人类认识史上是一个古老的、悬而未决的问题。历史上除少数人（如古希腊的伊壁鸠鲁和近代的康德）有明显主张超距作用的倾向外，基本上都是主张接触说的。历史上的接触传递方式出现过三种基本类型，其中最古老风行时间最长的是古旋涡说，从古希腊的留基伯开始到笛卡儿结束，被牛顿推翻；其次是交流说，由牛顿提出；第三种方式是场说，从爱因斯坦开始直至现当代，是目前最有影响力的观点。我们认为：现存的“接触说”的三种方式都是不完善的，甚至还存在着不可解决的疑难。相对比而言，牛顿的交流说是一个较好的设想。如果能够从牛顿提供的前提和原则出发，吸收其它方式的长处，引力的问题有望解决。


一、超距传递
超距作用：“过去对于不相接触的物体间发生相互作用的一种错误解释。当时认为：这种相互作用是以无限大速度在两物体间直接传递的，与存在于两物体之间的物质无关”。这是1983年出版的《物理学词典》的解释和说明。特点是“无媒质。一般来说，凡持“超距说”观点都有一个共同的特征，既认为引力是物质的本性或本能的东西。
亚里士多德认为：真空是不可能的。因此超距作用是不可能的。既然物质充满空间，重力的传递必和充满空间的物质有关。这个好像不容怀疑的论断，在两千年后的康德的星云说中出现了例外：弥漫于空间中的物质并不是用来传递引力的，而是另有用途。康德主张超距说，是历史上少有的几个学者。爱因斯坦的几何场，有非物化倾向，但同亚里士多德不承认真空的存在一样，爱因斯坦也从未承认过几何场是超距的。
牛顿的意见是：如引力具有超距性，不需要任何媒介物从中参入，并且物质不像古代物灵论者认为的那样具有灵性，而引力只是物质的本性的话，那是不可思议的；如果引力是物质的本性，不需要通过媒介物间接接触就能远距离发生作用，那是不可想像的。并且，如承认引力是超距的，结论必然导致引力是物质的本性；承认引力是物质的本性，必导致引力是超距的结论。同时：承认二者其一都必然导致超然力量存在的结论，但超然力量是不存在的。这个观点就是牛顿的非本性说。可见牛顿对超距作用的认识是极为深刻的。康德在《宇宙发展史概论》中主张引力是物质的本性，最终确实没能摆脱超距作用和超然力量的阴影，是一力证。
总之，接触说对超距说的否定，无论有多少条不同的理由，其出发点还是在于：引力同其它自然力相比，非接触的超距性是一个极为特殊的例外现象。从经验角度，人类的思维是难以接受的。
二、接触传递
接触说的共同特点是：1、承认引力的普遍性和客观性；2、共同认为引力的远距离传递是通过细微物质的间接接触实现的。接触说在历史上存在着三种不同的理论，出现过三种不同的引力传递方式的设想：既：旋涡说、交流说和场说。
1、旋涡说：其核心思想可作如下概括：天体间长距离的相互作用是通过物质的细小微粒的间接传递实现的。旋涡说设想：（1）通过旋涡中的粒子（原子或以太）对物体的冲撞来实现引力的传递。这种设想大概是古人受到水涡的启发而产生的。（2）粒子的特殊形状（带钩子的原子或有凸凹枝角的以太）是旋涡得以联结的原因；（3）粒子的中介作用发生在两物体中心联线以外的部位。换言之是两侧媒质把两个物体向中间推挤实现引力的传递的。比较而言，古旋涡说用粒子的形状联结旋涡（这是错的），同康德用引力来联结旋涡（不全对）相比，使引力变成了第二性的从属的东西，这是非常有价值的思想。粒子的形状和旋涡是引力的原因这一思想可概括为：物质的运动是引力的原因。如果可以把这个旋涡浅显地理解为宇宙的话，那么古旋涡说实际上是在主张：宇宙是引力的原因和宇宙是自身的原因。现代科学已经证明了古旋涡说是错误的，但是引力的间接接触思想和宇宙是自身原因的思想却是深刻的。
万有引力定律的发现，确定了引力和质量的关系。牛顿的看法是：（1）引力和质量的关系证明了引力和形状无关，使旋涡失去了联系而不能存在；（2）观测证明天体的运动与旋涡说的描述不符；（3）由于粒子的形状和旋涡被否定，旋涡冲撞说失去了赖以存在的前提，引力史上第一个微粒间接传递方式—冲撞方式也随之被否定了。古旋涡说中一切具体的东西都被推翻了，留下来的仅仅是赤裸裸的思想。
2、交流说：是牛顿继旋涡说后提出的新的引力接触理论。可概括为：引力不是物质的本性，而是第二性的从属的属性，可以通过物质的运动获得解释；引力的传递不是超距的，只能是接触的。并且只有通过物质的细小微粒的间接接触才能实现；引力是物质运动的一种现象，并且只能是一种宇宙现象。因此，引力不是宇宙的原因，引力作为一种宇宙现象其原因只有在宇宙中才能获得解释；所以说，只有宇宙才是自身的原因。牛顿的交流说在实际上所表现出来的这些思想，是对古旋涡说完整而科学的继承和发展。
交流说的具体设想：
（1）交流：天体在宇宙空间中的存在，不是消极和孤立的存在，而是积极主动地同宇宙空间进行着物质交流活动。这里存在着两个特别重要的思想：第一、宇宙在横向上存在着普遍的联系，天体不是孤立的，天体间必然的物质交流活动是宇宙间横向联系的可信的基础。牛顿的天体间的横向联系是可信的，而非空洞的预言。其二、天体在交流过程中的积极性和主动性同在古旋涡说中的消极性和被动性截然相反。这两点是牛顿超越前人的地方。
（2）交流的原因：天体的内在需要。宇宙空间中的细微物质（牛顿认为是以太气精）就像维持天体内在活动需要的粮食一样，是天体活力的源泉。需要引起交流，天体具有内在的活力和活动，是牛顿与众不同的设想。暂且无须指出这里存在的猜测和臆造的成分，以及表观、荒诞的东西，仅就把交流的原因定义为天体的需要一点看，牛顿的理论就存在着极大的问题，仅仅说需要引起交流是远远不够的。牛顿必须进一步说明天体何以需要交流？需要的原因是什么？遗憾的是牛顿最终也没能回答这个问题。
（3）交流的过程：：第一，以太在物体周围的任何方向上的分布都是均匀的；第二，以太在距中心体的不同距离上的分布都是不均匀的，表现为上疏下密。这两种不同情况的和谐统一，表现为以太周向分布的均匀性和纵向分布的不均匀性的有机融合，形成了以太的自然分布状态。而这种自然分布状态的稳定性，则来源于交流的连续性、均匀性和持久性。抛开牛顿的以太这个成问题的概念，也放弃对形成这种自然分布状态的深刻原因的追究，仅用交流的观点来看，这种细微物质的自然分布是可信的。
（4) 引力的传递方式：天体在微粒自然分布状态破缺的条件下完成引力的传递。
现代科学的看法：对引力的交流说没有什么评议，甚至没有人注意到牛顿的这一设想。
3、场说：引力场是引力传递方式的第三种设想。爱因斯坦假定：物质可以在其周围空间直接产生一个引力场。至于为什么物质能直接产生一个引力场，爱因斯坦回避回答。

场说能精炼、直观、准确地反映远距离物体相互作用的表观特征，是一个非常有价值的科学概念。但也应该指出，交流说的以太自然分布状态其实已含有了场的一切特征，只是名词不同而已，如果从各自的内涵考虑，现代的场概念则显得空洞，尚需进一步发掘，尤其应该吸收以太自然分布状态的深刻内涵。

场说存在的问题：除了场形成的原因外，其中最大的问题是构成场的媒质性质问题。换言之，场是由一种什么样的媒质构成的？是必须回答的问题。爱因斯坦的几何场有非物化倾向，认为由弯曲的时空构成了场。这个主张和康德的超距作用有异曲同工之妙。现代科学主张：引力场也是物质的。但是，什么样的媒质构成了场？广义相对论认为是引力子，并由引力子组成了引力波。总之场是物质的。既然如此，那么场怎样进行传递的呢？
引力子交换说认为：物质之间在相互交换引力子，引力子在两物质之间以光速运动，并形成了引力波依此完成了引力的传递。这里的疑点：引力子的交换活动是来源于物质自身的发射？还是来源于对方的吸引？
在场的传递方式的限定下，媒介物在物体中间传递作用不可能通过静止的方式实现。
总之，接触说的三种方式均不是完善的方式。古旋涡说中一切具体的东西都被推翻，仅剩下了赤裸裸的思想在牛顿的交流说中得以保存和发展。牛顿的交流说为引力传递的探讨提供了一种可信的方式和原则；但是在交流的原因和媒质的性质等方面存在极大的问题，在概念术语上也缺乏必要的精炼。场说为引力的传递方式提供了一个精炼的场概念，这是应该吸取的东西。-----以上摘自陈玉选《引力的传递方式》。
引起物体自身质量时变的本底引力子空间传递交换说：结合牛顿对引力物理机制的猜想、爱因斯坦对场的认识以及德布罗意的物质波理论，提出了物质粒子质量(能量)时变关系并给出其理论基础，由此阐述了引力场的起源以及引力质量与惯性质量的同一性，推导出了牛顿万有引力定律和哈勃定律，确立引力常数G与光速c及物质粒子质量(能量)衰减常数a的关系式并计算出衰减常数，证明衰减常数a等同于本底引力子频率νo和哈勃常数Ho，得到质量能量时间空间及其关系的新认识，表明了物质与空间的一体化，揭示出万有引力和宇宙膨胀及其加速膨胀的共同机制以及存在的空间力场，解决了暗能量和暗物质等问题，进而讨论了地球膨胀，所作出的一些推测与实测结果相符合。初步建立了宇宙与地球等物质系统整体演化的新理论。