物理天地----超距作用.doc

超距作用 物理学历史上出现的一种观点。它认为（至少在早期）：相隔一定距离的两个物体之间存在直接的、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何传递时间。早在牛顿以前，对于物体之间的作用就存在两种对立的猜想:一种认为物体之间除了通常的接触作用(拉压、冲击)之外,还存在超距作用；一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用，两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递，不存在任何超距作用，这种中间媒质被称为以太（见以太论）。当时的大多数自然哲学家认为超距作用带有神秘的色彩，而倾向于近距作用观点。1686年，牛顿发表了他根据J.开普勒行星运动定律得到的万有引力定律，并用以说明了月球和行星的运动以及潮汐现象，这是一项伟大的发现。看起来，牛顿的引力定律似乎支持超距作用观点，但是牛顿本人并不赞成超距作用解释。他在给R.本特利的一封著名的信中写道：“很难想象没有别种无形的媒介，无生命无感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质起作用和产生影响。引力对于物质是天赋的、固有的和根本的，因此，没有其他东西的媒介，一个物体可超越距离通过真空对另一物体作用，并凭借和通过它，作用力可从一个物体传递到另一个物体，在我看来，这种思想荒唐之极，我相信从来没有一个在哲学问题上具有充分思考能力的人会沉迷其中。”牛顿本人倒是倾向于以太观点的，他在给R.玻意耳的信中私下表示相信，最终一定能够找到某种物质作用来说明引力。但是他对于以太的具体设想与当时颇有影响的R.笛卡儿观点只是在细节上有所不同。 超距和近距两种对立观点在18世纪初争论十分激烈。法国的笛卡儿主义者在反对超距作用的同时，不恰当地否认了引力的平方反比定律，这就引起一些年轻的牛顿追随者起来捍卫牛顿的学说，并强烈地反对包括以太在内的全部笛卡儿观念。 1713年牛顿的著作自然哲学的数学原理第二版问世，牛顿的追随者R.科茨写了一篇序言，从哲学方法上推崇牛顿学说的意义，并花了很大的篇幅攻击以太论。这篇序言把牛顿的引力定律看作是超距作用的典范（虽然他没有使用“超距作用”一词），并把它说成是实验事实的唯一概括。 由于引力定律说明太阳系内星体的运动获得极大的成功,而探索以太并未获得实际结果,超距作用观点得以流行开来。J.L.拉格朗日、P.S.M.拉普拉斯和S.-D.泊松等人从引力定律发展出数学上简单而优美的势论，更为有利地支持了超距作用的观点。于是，超距作用观点盛行起来，并被移植到物理学的其他领域，早期的电磁理论也是超距作用理论。整个18世纪和19世纪的大半，超距作用观点在物理学中居统治地位。一些持超距作用观点的物理学家曾对物理学的发展作出不少贡献。 19世纪3040年代，M.法拉第对于电磁现象的实验研究作出了卓越的贡献。他的实验研究的丰硕成果对以后的科学发展起了巨大的推动作用。法拉第反对超距作用观点，并对之进行批判。他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用，指出这些力线在空间是一些曲线而不是直线，因此，电的或磁的相互作用就不会是超距作用所想象的那种直接作用；他研究了插入的电介质对带电体之间的电力强度的影响(1837)，认为这种影响表明电力的作用不可能是超越距离的直接作用，同样的效应在磁现象中也发生；他还根据他所发现的电磁感应现象(1831)指出，仅有导线的运动事实不足以产生电流，磁铁的周围必定存在某种“状态”，导线就是在其区域内移动才产生感应电流；此外，他对于磁光效应的研究（偏振光振动面的磁致旋转，1845）使他相信光和电磁现象有某种联系，他甚至猜测磁效应的传播速度可能与光的速度有相同的量级。 法拉第的“力线”思想及开尔文将电磁“力线”同流体流动所作的数学类比深深地打动了年轻的J.C.麦克斯韦。18561865年，他致力于将全部已知的电磁现象概括为统一的理论，得到了今天成为电磁学基础的数学方程组，并由此推论得出存在以有限速度传播的电磁波，其波速就是光速。1887年，H.R.赫兹完成了观察电磁波的著名实验，确认了麦克斯韦电磁理论的正确性；1898年A.M.李纳和E.维谢尔分别提出了推迟势，为电磁作用以有限速度传播找到了确切的表示。至此，超距作用观点在电磁学领域内已为多数物理学家所抛弃。 1905年A.爱因斯坦的狭义相对论确立了崭新的时空观，并指出真空中的光速是一切物理作用传播速度的极限，这就在整个物理学中排除了瞬时超距作用的可能性。1916年爱因斯坦建立广义相对论，广义相对论把牛顿引力定律作为一种近似保留下来。根据广义相对论，物体振荡时辐射引力波,引力辐射也是以光速传播的;双致密星由于引力辐射其能量衰减（称为引力辐射阻尼），导致其转动周期变短。1979年J.H.泰勒等人报道了他们对射电脉冲双星PSR1913+16四年多的监视性观测，确认了它由于引力辐射阻尼引起的转动周期稳定地变短确实存在，对于引力波的存在是一个很好的支持。 目前已认识到自然界的基本相互作用有四种：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。后两种基本相互作用，也和前两种一样，是通过场而相互作用的。 早期的超距作用认为作用是瞬时的，这一点在后来曾有所修改。有些物理学家提出“延迟超距作用”，认为源对某一粒子的作用是延迟了一段时间 r/的超越空间的直接作用，其中r是源和粒子之间的距离，为真空中的光速。这种修正了的超距作用观点在说明某些现象时与场作用观点是等效的；但是,在说明另一些现象,特别是正反粒子的湮没时显得牵强附会。因此，它并未被一般物理学家所接受。 值得庆幸的是我们人类发现了万有引力、电、磁力这类自然的超距作用，它是物质的根本属性。正是这样的物质间的本质联系把宇宙空间中所有运动着的物质联在一起构成了一个永远运动着的、相互作用着的统一的物质世界。不幸的是我们的科学体系却一直在拒斥它！ 牛顿发现了万有引力定律，他告诉我们：宇宙中任何两物体之间都存在着相互吸引力，其中任一物体所受引力的大小与两物体质量的乘积成正比，而与两物体间距离的平方成反比，引力的方向在两物体的连线上。任何物质之间总是存在着相互吸引！任何物质都是由光速运动的光物质构成的！原来，我们应该明白：正是基本的光物质有着光速运动和相互吸引这两种基本的属性才决定了永远运动着、永远相互作用着的现存的宇宙。 空间上相距一定距离的两个物体发生相互作用，人们常常会提出这样的问题：它们的作用是怎样传播的？但是我们总可以这样反问：它们在作用过程中到底传播了什么呢?我们已经看透了物质间的作用本质：物质间不存在物质和能量的由此及彼的传递，仅仅是相互作用的物体自身内、外运动的相互转化。我们不妨来考虑两个物体在引力作用下相向加速运动的情形：两个物体的空间距离逐渐减小，它们间的引力越来越大。在这个引力作用过程中，即便是没有物质和能量的传递，但是，当物体甲在某一时刻到达一个特定的空间位置时，那么物体乙如何得知它的位置的变动而感受到到更大的吸引力呢？同样，这个时刻，物体乙也到达了一个特定的位置，物体甲又如何得知物体乙的位置变动呢？在这里，似乎仍然存在着一个“信息”从一个物体到另一个物体的传播问题，甚至会问：传播的速度有多快？物质间的引力到底是怎么回事？关于力的传播疑问究竟来知何处呢？两个物体之间的万有引力的大小决定于两个物体的质量和它们之间的空间距离，空间距离又是由两个物体的特定的空间位置而确定的，也就是说，一个物体的质量及其空间位置和另一个物体的质量以及它的空间位置这四个因素共同决定了这两个物体间的引力的大小，这四个因素缺一不可，更不能分开。力的传播问题来源于我们的思维对因果律的依赖，在我们的头脑中凡事有因、先因后果。在力学的研究中，施力物体是力的原因，力是受力物体运动改变的原因，当我们考察一个物体的运动状态的变化时，往往会追溯到力，考察力的时候又会追溯到其它的物体，这样就形成了一个因果链，于是就有了时间先后的观念。在两个物体的引力作用过程，考察物体甲的引力的时候，我们把原因追溯到物体乙那里，在物体的质量不变的情况下，最后的原因就落在了物体乙的空间位置上，于是在物体乙的空间位置和物体甲的引力的大小两者间建立了先因后果的时间的概念，在物体乙的空间位置和物体甲的空间位置两者之间就有了一个明确的距离概念。在考察物体乙的引力的时候，将原因追溯到物体甲那里，同样产生了时间的概念和明确的距离概念。先因后果的时间概念就导致了由此及彼的传播观念，明确的距离概念和时间的概念就导致了“传播速度有多快”的疑问。如果我们把万有引力看作是物质的根本属性，没有原因可寻，无论是空间上接触还是空间上远离的物体间的作用大小都由整个物质体系决定，如果我们要把因果律强加给物质间的相互作用，那么我们就会陷入思维的死胡同。从另一个角度来看，物质间的引力相互作用是物质间的一种普遍联系的属性，同运动属性一样是物质的根本属性。相互作用的物体在作用过程中互为因果，如果说有时间的概念的话，那么万有引力作用过程中只有“同时”的时间概念瞬时超距作用，不过，时间差为零又会导致一个以无限大速度传播的概念，无限大的传播速度对于物质运动而言是没有意义的。 由此看来，万有引力是物质的一种根本属性，是物质间的普遍联系。也就是说，一个有质量的物体就是能够直接对远处的另一个有质量的物体产生吸引作用，使它们的内、外运动相互转化，它和物质的运动属性一起决定了一个永远运动着、相互联系的物质世界。 电、磁力和万有引力一样是带电物质的根本属性，本质上是带电物质间的超距联系，超距作用的物体间并不存在能量、物质的传递，作用的实质仅仅是作用物体的自身的内、外运动发生转化，所以电、磁力和万有引力本身就不需要任何中介载体来传递什么东西，那么法拉第和麦克斯韦思想上的“电、磁场”，爱因斯坦所预想的“引力波”并不存在。至于赫兹所发现的电磁波又是怎么回事呢？我们将在后面对物质的发光机制进行讨论。 我们不再困惑 。我已经表明了这样的立场：无论在是直接接触的还是空间远离的物质间的相互作用过程中，并不存在运动（能量）由此及彼的传递，作用的实质就是物质自身的内、外运动的相互转化；超距作用是物质的根本属性，是物质间的普遍联系。由此看来，场以及一切作为传递相互作用的工具的客观实在性就不再有任何意义。那么，场的概念所导致的、甚至被实验所确认的场物质又是怎么回事呢？ 物理学中之所以有场的概念，是因为我们不相信超距作用；我