在自然哲學的物理原理(1686 年)中,艾薩克·牛頓 (Isaac ) 給出了三個運動定律,該論文建立了經典熱力學并引發了 18 世紀的啟蒙運動。
牛頓《自然哲學的物理原理》
明天,當我們教授經典的熱力課程時,我們通常會從某個版本的牛頓第三定理開始。 而這個定理并不完備,還有一個原理,沒有這個原理,牛頓第三定理就失去了威力。 在牛頓看來,這個隱藏的原理對化學世界是如此重要,以至于他不把它看作是支配物質運動的定理,而是把它看作是什么是物質的定義。
化學家 Frank 將此原理稱為“牛頓第零定理”。
這一原則表明質量既不會被創造也不會被破壞。 無論發生什么——碰撞、爆炸、數百萬年的風雨——如果你將所有材料在開始、結束或過程中任何一點的總質量加起來,你總是得到相同的總和。 用行話來說,這是因為質量守恒。 按照標準標題,這個“牛頓第零定理”有個最正經的名字,就是“質量守恒”。
有證據表明,牛頓本人通常使用“物質的量”這個短語來貶低我們明天所說的質量。 他對這個的使用意味著沒有質量就不可能有物質。 質量是物質的最終量度。 它可以告訴你你有多少物質。 沒有質量,就沒有物質。 所以質量守恒表達的是——其實就是等價于物質的柔順性。 在牛頓看來,第零定理并不涉及太多經驗觀察或實驗發現,而是一個必然真理; 它根本不容易用作定理,而是一個定義。 或者更準確地說,它表達了一種宗教真理——關于上帝創造世界的方式的事實。
在他后來的《光學》(1704 年)中,牛頓更具體地表達了他對物質終極本質的看法:
在我看來,事實可能是上帝通過將物質變成堅固、沉重、堅硬、不可穿透但可移動的粒子來開始他的創造,這些粒子的大小、形狀和其他屬性以及空間比例都恰到好處。 有助于他創造和避免它們的目的。 由于原始粒子是固體,因此它們比由它們合成的任何微孔物體都堅硬無比。 它們非常堅硬,永遠不會生銹或破裂,任何普通的力量都無法將上帝在他第一次創造時所創造的東西分開。
這個非凡的聲明中有幾點值得我們注意。
首先八下物理牛頓第一定律視頻,牛頓將質量固定的特性作為材料極限預制構件最基本的特性之一。 他稱之為“重”。 在牛頓看來,質量不是一個可以用更簡單的術語來解釋的概念。 它是物質終極描述的一部分,已經是最低級的概念。
其次,牛頓將我們在宇宙中看到的變化歸因于基本預制成分即基本粒子的重組。 基本的預制件本身既不會被創建也不會被破壞——它們只是在運動。 一旦上帝創造了它們,它們的本性,包括它們的質量,就永遠不會改變。 牛頓運動第零定理,即質量守恒定律,就是基于這兩點。
只要質量被認為是守恒的,問它從何而來就沒有意義。 因為它總是一樣的。
在經典熱力學的框架內,“質量的起源是什么”這樣的問題可能沒有答案。 由于從無質量的物體建立有質量的物體必然會產生矛盾,因此我們可以通過多種方式來說明這一點。 例如:
經典熱力學的核心是多項式 F=ma。 該方程結合了動力學概念的力 (F) 和運動學概念的加速度 (a)。 后者歸結為對象受到的拉力和拉力,前者歸結為對象的感覺和反應。 質量 (m) 在這兩個概念之間起著中介作用。 對于給定的力,物體的反應是質量小的物體獲得的速度比質量大的物體快。 如果物體的質量為零,那么它就沒有發瘋! 看它能跑多快,它的加速度只能是力乘以零,這是沒有意義的。 因此,物體一開始一定有一定的質量。
根據牛頓萬有引力定律,每個物體所加的引力作用與其質量成反比。 試想一下:一個非零質量的物體能否由無質量的組件構成? 您立即遇到矛盾。 如果每個分量的引力效應都為零,那么不管你在零效應上加了多少個零效應,最后得到的還是零效應。
事實上,牛頓第零定理是一個嚴重的錯誤。 它是管理化學、化學和天文學學位的 200 多年系統的中心法則。 直到 20 世紀初,普朗克、愛因斯坦等人的工作才開始挑戰舊制度。 到20世紀中葉,在新的實驗發現的炮轟下八下物理牛頓第一定律視頻,舊制度終于崩潰了。
文章節選自《存在之輕》。
第一個推介系列:化學中存在之輕系列 四川科學技術出版社[美]弗蘭克·威爾切克
Frank 推翻了舊的物質和空間概念,提出了一個新發現:物質是由幾乎失重的單位構成的。 純能量是質量的最終來源, 將這一發現稱為“存在之輕”。 但他向我們展示的遠不止于此。 空間絕不是一個單純的容器、空洞的、被動的,而是一個動態的網格——一種現代意義上的以太。 網格比任何“基本”粒子都更基本,它的自發活動形成和湮滅粒子。 這些對物質和“虛空”的新見解解釋了引力為何如此微弱,并揭示了自然界所有力量的宏大統一圖景。