如何写一篇关于“经典力学的局限性”的论文

-经典力学的成就和局限

论述了经典力学的成就，批判了经典力学的绝对时间、绝对空间、引力本质和质量不变的观点，说明了它的适用范围及其与经典物理学的矛盾。

关键词:时空引力本质质量、速度和能量的矛盾

一、经典力学的成就

经典力学的理论体系是以牛顿的三大运动定律为基础的。牛顿系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯的工作，得出了万有引力定律和牛顿三大运动定律，并于1687年出版了《自然哲学的数学原理》。这是牛顿的杰作，也是力学的经典之作。在这本书里，牛顿从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力等)入手。)和基本定律(运动三定律)，并利用他发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了完整严密的经典力学体系，将天体力学与地面物体力学统一起来。这是物理学史上的第一次大合成。因此，牛顿《自然哲学的数学原理》的出版标志着经典力学体系的建立。这对科学发展的进程和后世科学家的思维方式产生了深远的影响。牛顿力学的建立标志着现代理论自然科学的诞生，并成为其他自然科学的典范。

二，经典力学的局限性

创造历史的人总是不可避免地受到历史的制约，牛顿也不例外。由于时代的局限，牛顿创立的经典力学的基本概念和原理具有内在的局限性，主要表现在以下几个方面:

首先介绍了绝对时间和绝对空间等基本概念。根据牛顿的说法，绝对的、真实的和数学的时间本身正在消逝，并且由于其性质，它正在均匀地、独立于任何其他外部事物地消逝。绝对空间，就其本质而言，与任何外部事物无关，永远不变，不动。绝对运动是物体从一个绝对位置到另一个绝对位置的运动。

莱布尼茨、贝克勒和马赫都对绝对时空的概念提出了有价值的反对意见，指出没有证据表明牛顿绝对空间的存在。爱因斯坦推广了上述相对论原理，提出了狭义相对论。在狭义相对论中，长度和时间间隔也成为相对量，动尺比静尺短，动钟比静钟慢。在广义相对论中，时空的性质并不独立于物体的运动:一方面，物体运动的性质取决于用什么样的时空参考系来描述它；另一方面，时空的性质也取决于物体及其运动本身。

量子理论的发展提出了一个关于时间概念的更基本的问题。量子理论的一个结论是，一个系统在过去可能存在于什么状态的判断结果，取决于在今天的测量中如何选择。这种现在和过去的关系和因果序列的概念有很大的不同。时间概念中隐含的因果顺序要求过去的存在应该独立于现在。

因此，用时间来描述事件的顺序并不总是恰当的。空间和时间是事物之间的一种秩序，但不一定是最基本的秩序，它可能是一种更基本秩序的近似。

第二，牛顿虽然对万有引力的本质持谨慎态度，但最终还是以抽象的、纯数学的形式进行了总结，认为它是一种直接的、瞬间的超距力。

爱因斯坦的广义相对论对引力的解释是，时空本身是有弹性的，可以弯曲和拉伸。当一个有质量的物体放在某个空间，这个空间就会弯曲变形。质量越大，空间弯曲变形越严重。那么，为什么空间会在有质量的物体周围弯曲呢？爱因斯坦也没能给出答案。所以爱因斯坦的弯曲空间理论并没有解释引力的本质是什么。量子力学关于电荷间电磁力传递原理和强子间强相互作用力的解释，并没有解释引力的本质。引力是由引力场或引力子传递的观点并没有得到肯定，因为科学家至今没有找到一个传递万有引力效应的引力子。

第三，在经典力学中，物体的质量是恒定的，与物体的速度或能量无关。

在相对论中，质量概念的外延大大扩展了。爱因斯坦著名的质能方程E=mc2，将经典力学中相互独立的质量和能量守恒定律结合起来，成为统一的质量和能量守恒定律，充分体现了物质和运动的统一性。质能方程说明质量和能量是不可分的，是有联系的。一方面，任何物质系统都可以同时用质量M和能量E来标记；另一方面，当一个系统的能量减少时，它的质量也减少，当另一个系统接受并增加能量时，它的质量也相应增加。

爱因斯坦从力学的角度考虑了两个球体的弹性碰撞，利用动量守恒定理和相对论速度加和定理推导出著名的质量速度公式。

这个公式表明，物体的质量不再是一个独立于其运动状态的量，而是取决于其运动速度。当运动物体的速度为V时，质量为，其中m0为物体的静止质量。当物体的速度趋于光速时，物体的质量趋于无穷大。

第四，力学经典定律只适用于宏观低速世界，与光速相当的高速情况和微观世界的应用当时没有涉及也不可能涉及。

第五，经典物理学与经典力学的潜在矛盾。

在经典物理学中，最难让人满意的大概就是对光的描述了。如果粒子理论是正确的，那么人们不禁要问，当光被吸收后，组成光的粒子变成了什么？而且，为了既能表示可测量的物质，又能表示光，必须把不同的实体引入讨论，这无论如何也不能让人安心。

同样，纳入力学框架的光的波动理论也难以自圆其说。根据波动理论，光被解释为充满宇宙的以太的振动。因为光是剪切波，所以乙醚必须具有承受剪切应力而不是压缩应力的能力，又因为乙醚对可测量的物质不产生可观测的阻力，所以它必须具有非常小的密度。为此，人们绞尽脑汁，想象出各种以太模型。这种无所不能的奇妙以太，其实是让人一头雾水。

经典力学的基本概念和原理在热力学中也遇到了一些麻烦。1865年，克劳修斯建立了热力学第二定律，揭示了与热现象有关的物理过程的不可逆性。在经典力学中，从未发现过类似的情况，力学过程的可逆性是由普适的力学原理来保证的。但是热力学第二定律也是普遍成立的，所以这个矛盾不能用力学的基本概念来解释。

第三，总结

牛顿用他一生的精力建造了一座科学丰碑。他的研究推动了人类文明的进程，他在宏观物理各方面的成就极其广泛和辉煌。然而，创造历史的人总是不可避免地受到历史的制约，牛顿也不例外。由于时代的局限，牛顿否定了亚里士多德以来的错误论述和模糊概念，创立了牛顿力学，但也隐含着自我否定的潜在因素。正如恩格斯所说:“凡是在人类历史领域中现实的东西，都会随着时间的推移而变得不合理；所以从本质上来说已经不合理了，从一开始就包含了不合理。”(《马克思恩格斯选集》第四卷)

由于牛顿竭力表明他的体系是由经验必然性决定的，特别是由于经典力学在实践中的巨大成就，这足以阻碍后人思考那些基本概念和原理的先验特征，以至于没有人想到物理学的整个基础可能需要长期的根本改革。事实上，物理学在每个历史时期都有自己的基本概念和原理，而在接下来的时期，人们往往会夸大其作用，将其不当误用，超出其所及。为了消除这种误用，每一个历史时期都需要一种新的启蒙，而正是这种永无止境的启蒙精神使科学不至于成为一种僵化的教条。

参考资料:

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