第五節(jié)自然界中的守恒定律-在線(xiàn)瀏覽
2025-02-11 05:35本頁(yè)面
【正文】 形變、旋轉(zhuǎn)、溫度等對(duì)于分析并不重要．舉例而言，在分析行星環(huán)繞恒星的軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星與恒星都可以被理想化為質(zhì)點(diǎn)． 原初版本的牛頓運(yùn)動(dòng)定律只適用于描述質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)，不具有足夠功能來(lái)描述剛體與可變形體的運(yùn)動(dòng) .1750 年，歐拉在牛頓 定律的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出能夠應(yīng)用于剛體的歐拉運(yùn)動(dòng)定律．后來(lái)，這定律又被應(yīng)用于假定為連續(xù)介質(zhì)的可變形體．假若用一群離散質(zhì)點(diǎn)的組合來(lái)代表物體，其中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都遵守牛頓定律，則可以從牛頓定律推導(dǎo)出歐拉運(yùn)動(dòng)定律．不論如何，歐拉運(yùn)動(dòng)定律可以直接視為專(zhuān)門(mén)描述宏觀(guān)物體運(yùn)動(dòng)的公理，與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)．在這里，宏觀(guān)物體指的是尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子尺度的物體． 牛頓運(yùn)動(dòng)定律只成立于慣性參考系，又稱(chēng)為牛頓參考系．有些學(xué)者喜歡將第一定律作為根本，而將慣性參考系視作第一定律的延伸，也就是說(shuō)，在他們看來(lái)，第一定律可以用來(lái)定義慣性參考系．假若采用 這觀(guān)點(diǎn)，則只有從慣性參考系觀(guān)察，第二定律才成立．所以，不能從第二定律以特例的方式來(lái)推導(dǎo)出第一定律．另外又有一些學(xué)者將第 一定律視為第二定律的推論．特別注意，慣性參考系的概念是在牛頓提出第一定律之后很久才發(fā)展成功的． 在現(xiàn)代物理學(xué)中，動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律與角動(dòng)量守恒定律相比牛頓定律更為普遍適用，它們既應(yīng)用于光，也應(yīng)用于物質(zhì)；既應(yīng)用于經(jīng)典物理學(xué)，也應(yīng)用于非經(jīng)典物理學(xué)． 它們的陳述都非常簡(jiǎn)單： “ 動(dòng)量、能量、角動(dòng)量既不可能憑空創(chuàng)造也不可能憑空消失 ” ． 因?yàn)榱κ莿?dòng)量的時(shí)間衍生物，因此力這個(gè)概念顯得有些多余，是屬于 守恒定律的．力的概念也不能應(yīng)用于基礎(chǔ)理論，如量子力學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)．廣義相對(duì)論中，標(biāo)準(zhǔn)模型解釋了三種基本力 (強(qiáng)力、 弱力和電磁力 )是如何從規(guī)范場(chǎng)中起源并通過(guò)虛粒子轉(zhuǎn)換的．其他的力例如重力與費(fèi)米簡(jiǎn)并壓力也可以從動(dòng)量守恒中引出． 近代的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明：在自然界中，大到天體間的相互作用，小到如質(zhì)子、中子等基本粒子間的相互作用，都遵守動(dòng)量守恒定律．因此，它是自然界中最重要、最普遍的客觀(guān)規(guī)律之一，比牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍更廣．下面舉一個(gè)牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用而動(dòng)量守恒定律適用的例子． 在我們考察光的發(fā)射和吸收時(shí) ，會(huì)看到這樣一種現(xiàn)象：在宇宙空間中某個(gè)地方有時(shí)會(huì)突然發(fā)出非常明亮的光，這就是超新星．可是它很快就逐漸暗淡下來(lái)．光從這樣一顆超新星出發(fā)到達(dá)地球需要幾百萬(wàn)年，而相比之下，超新星從發(fā)光到熄滅的時(shí)間就顯得太短了． 當(dāng)光從超新星到達(dá)地球時(shí)，它給地球一個(gè)輕微的
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