动态力学

摘要：任何力均是两物体间的相互作用力，施力物体与受力物体并生并存，单独物体不能形成力，力必须依附于物体，不能凭空存在。光速不可超越是因为受力物体的速度不可能超过施力物体的速度，而施力物体受制于自身条件存在速度极限，就如一个人推车的速度不可能超过其跑步的最快速度。牛顿经典力学认为质量与速度无关是正确的，实验数据证明，当受力物体的速度接近施力物体的极限速度时，实际作用力变的非常小，使得速度很难进一步增加。动态力学的这一原理适用于任何力学现象，包括粒子加速器中的带电粒子，由于粒子加速器中的带电粒子不能超越光速并非因其质量增大，而是其实际受力随速度增加呈指数式衰减，故爱因斯坦狭义相对论的质能公式是错误的，牛顿经典力学认为能量与质量相互独立的理论是正确的。

关键词：经典力学 光速 质能公式 粒子加速器 动态力学

中图分类号： O482.1 文献标识码： C文章编号：1672-1578（2011)12-0228-03

创建动态力学的初衷是为了解开光速不能超越之迷。那么，什么是动态力学呢？动态力学研究受力物体在运动过程中的实际受力情况。当前的物理学存在很多矛盾，动态力学可以解开以下三个矛盾，这三个矛盾发生在牛顿经典力学与爱因斯坦狭义相对论之间。

矛盾1：根据经典力学，如果一个物体受力运动，摩擦力为零，那么，理论上，经过无限长时间加速后，物体的运动速度可以达到无限大，根据狭义相对论，则物体的运动速度不可能超越光速。

矛盾2：经典力学认为质量与速度无关，狭义相对论认为存在动质量，物体速度接近光速时质量接近无限大。经典力学认为质量与能量相互独立，狭义相对论的质能公式则实现了能量与质量的统一。

矛盾3：经典力学认为速度与参照物有关，狭义相对论则认为光速C是常量，其速度与参照物无关，具有各向同性。

那么，牛顿与爱因斯坦两位物理大师的对决，到底谁是谁非呢？根据逻辑学，相互矛盾的理论，只有两种结果，要么一方正确，一方错误，要么双方全错。本文中的动态力学定律将用实验数据为您解开这些迷题。

1动态力学公式

我们先来解一个力学题目。在风洞中放置一个气球，保持风洞风速不变，测量到气球静止时，风对气球的推力是100牛顿，问，如果让气球在风洞中随风自由飘动，当气球速度达到风洞风速的10%、50%、90%、99%时，风对气球的实际推力是多少？

如果用经典力学，估计大多数人对此题都无从下手，现在我们用动态力学公式来计算。动态力学公式——F1=F[(V-V1)/V]2，此公式中，F1为风对气球的实际推力，F为气球静止时风对气球的推力，V1为气球的速度，V为风速，V-V1是风与气球的相对速度。计算结果，当气球速度达风速的10%时，推力F1=100×[(1-0.1)/1] 2=81牛顿，式中0.1即10%。当气球速度达风速的50%、90%、99%时，风对气球的推力分别为：25牛顿、1牛顿、0.01牛顿。

那么，如何理解动态力学公式呢？此公式从何而来？我们来看风速风级与风压的官方数据，在一个大气压力下，风速1.5m/s时，风压为1.379N/m2；风速3.3m/s时，风压为6.767N/m2；风速5.4m/s时，风压为17.875N/m2。从这一组数据可以看出，风压与风速的平方成正比，即在此题中，气球受到的推力与其受到的实际风速的平方成正比（风与气球的相对速度）。由于运动是相对的，当气球静止时，气球受到的相对风速是风洞风速的100%，当气球速度为风洞风速的10%、50%、90%、99%时，相对于气球的实际风速是90%、50%、10%、1%时，根据官方公布的风速与风压的关系，计算结果和我们用动态力学公式计算的结果一致，动态力学公式正是从实验数据总结而来。

那么，动态力学公式是否适用于运动的固体之间的相对作用力分析呢？答案是同样适用。譬如把一辆车放置在非常光滑的冰面上（摩擦力非常小），一个人穿上钉鞋推车，当车静止时，需要的推力最大，车速越快，需要的推力也就越小。假设此人在冰面跑步的速度是30公里/秒，当车被推到接近30公里/秒时，车与人之间的作用力已经非常小，实际提供的推力主要是用来抵消摩擦力和风阻。从这一实验来看，动态力学公式适用于一切运动中的物体间的力学计算。

2动态力学定律1

2.1动态力学定律1

动态力学定律1——任何力均是两个物体间的相互作用力，施力物体与受力物体并生并存，单独物体不能形成力，力必须依附于物体，不能凭空存在。受力物体的速度只可无限接近施力物体的速度，不可能超过施力物体的速度，而施力物体受制于自身条件存在速度极限。

当一个人推车时，车的速度不可能超过此人空手跑步的最快速度这是基本常识，如果我们把人看成施力物体，车看成受力物体，可以看出，受力物体的速度不可能超过施力物体的速度。当人与车的速度相同时，人与车已经不存在相对速度，就不会存在推力，即两个相对静止的物体不存在相互作用力。

从动态力学公式我们可以看出，受力物体的速度越接近施力物体的极限速度，其受到的实际推力就越小，而且这种减小是指数式衰减，推力比速度降的快的多，结果是受力物体的速度越接近施力物体的极限速度，其受到的推力越小，速度越难再增加，受力物体的速度永远不可能达到施力物体的极限速度，只可以无限接近。

什么是施力物体的极限速度呢？我们把施力物体空载时的最高速度称为施力物体的极限速度。风洞实验中，风速是施力物体的极限速度；人推车时，人在空载时全力跑步的最快速度是施力物体的极限速度。

由于任何力均是物体间的相互作用力，单独一个物体不能形成力，故任何力学现象均存在施力物体与受力物体，而施力物体受制于自身条件限制总有速度极限，故任何施力物体均存在极限速度，即任何力均存在速度极限。

2.2用动态力学定律1解释光速不可超越之原因

从动态力学定律1我们可以明白为什么粒子加速器中的带电粒子速度不可能超越光速。在粒子加速器中，电极是施力物体，带电粒子是受力物体，由于任何力均存在速度极限，故从电极发出的电场力受制于自身条件必定存在速度极限，带电粒子作为受力物体，其速度不可能超过电场力的极限速度。

那么，电场力的极限速度是多大呢？在我们地球环境中，这个速度是电磁波的最快速度，即真空中的光速（光的本质是电磁波）。为什么这么说呢？有一个现象可以类比，在风洞实验中，即使有无限大功率的风机，风洞风速也不可能超过音速。同样的道理，在传播电磁波的媒质压力不变的前提下，电磁波的速度不可能超过光速。

小结：光速不可超越是因为受力物体的速度不可能超过施力物体的速度，而施力物体受制于自身限制总有速度极限。故所谓光速不可超越只是特定实验条件下的特定结果。

2.3质能公式的错误

爱因斯坦相对论的质能公式认为，物体存在动质量，光速不能超越是因为物体在接近光速时质量变的非常大，当速度达到光速时质量为无穷大，故光速不可超越。

我们上面得出结论是：光速不可超越是因为受力物体的速度不可能超过施力物体的速度，而施力物体受制于自身限制总有速度极限。根据动态力学公式可以看出，粒子加速器中的带电粒子速度接近光速时，速度不能再增加是因为其速度接近光速时，实际受力变的非常小，很难再加速，在这个过程中，带电粒子的质量不变。故爱因斯坦狭义相对论的质能公式是错误的，物体质量与其速度无关，牛顿经典力学认为物体质量与其速度无关是正确的。

从动态力学公式可以看出，当带电粒子速度接近光速时，带电粒子实际受力比其静止时小的多，此时，粒子加速器输入的能量转化到带电粒子上的非常有限。人们用eV做能量单位（1eV等于一个电子在一伏电压加速时获得的能量），从动态力学公式可以看出，这种能量标注方法同牛顿经典力学一样，只在低速时有效，因为在电场力作用下，电子在低速时和高速时获得的推力是不一样的，当速度接近光速时，其获得的实际推力接近零，获得的能量也接近于零。近现代，人们建设了很多超大型粒子加速器，可以把粒子加速到非常接近光速，却并未因此获得多少科学成果。人们用eV单位标注能量，以为给电极加10倍电压带电粒子就能获得10倍能量，但这只是一种基于低速时的常识，从动态力学公式可以看出，这种思维显然不符合客观实际，当带电粒子接近光速时，即使加1万倍电压，带电粒子增加的能量也十分有限。多年科学实践的事实已经证明，在粒子速度非常接近光速与速度只有光速99.9%时撞击效果相差不大，这说明动能相差是较小的，经典力学的动能公式才是正确的，相对论的质能公式显然是个误导，人们花费大量金钱制造的超大型粒子加速器并未获得想要的效果，只是在浪费金钱。

动态力学公式和牛顿经典力学一样，是从实验数据中总结得出的，而爱因斯坦相对论的质能公式只是一个基于数学推理的假想理论，谁对谁错不辩自明。

那么，质能公式错误在哪里呢？我们得谈谈迈克耳孙－莫雷实验，此实验得出一个结论，光速与参照物无关，这一理论是狭义相对论质能公式的根基。迈克耳孙－莫雷希望通过改变光的干涉相位差获得光的干涉条纹位移，证明存在光媒质以太。问题是，这是一个很不现实的实验，为什么这么说呢？可见光的波长范围在770～390纳米之间，纳米是个非常小的长度单位，如果实验用的可见光的波长是400纳米，希望获得90度的相位差，则在空间上，两列光波相差1/4波长的距离，必须保证两列干涉光经反射后在空间保持100纳米的行程差，问题是100纳米实在太小了，环境中的背景噪声引起的仪器振动也会超过这个尺度。也就是说，实际的光干涉实验中，由于背景噪声引起的仪器振动会造成干涉相位差高速变化，光的干涉条纹正是干涉相位差不断变化的结果，所以，希望通过改变光的干涉相位差获取干涉条纹偏移是不现实的。试想，如果你只希望获得100纳米的行程差，搞一个30公里/秒的地球绕日速度是何解？另外，由于光的本质是电磁波，电磁波间会相互干扰，故地球磁场的影响、来自宇宙的微波辐射、无线电波，以及物质经过引起的以太媒质扰动等对实验结果的影响都是未知。

在迈克耳孙－莫雷时代，人们认为以太应为固体，原因是电磁波一般为横波，这种思想也是错误的，横波并不一定要固体才能产生。我们知道光可以被反射、吸收、折射等，光纤还能任意改变光的传播方向，根据牛顿力学第一定律，任何方向改变都是受力现象。当光在物体中传播时，同样会受到原子对其的力学作用改变方向，使得光在物体中并非直线传播，而是沿着传播方向左右摆动，形成一个迭加在纵波之上的横波，当光从空气入射到水中时，由于水分子对光的作用力与空气分子不同，造成光回摆的幅度发生变化，从而引起光入射到水中后传播方向发生改变，发生折射现象。

现实中，一些物理现象的产生是很多复杂因素综合作用的结果，而迈克耳孙－莫雷实验，以及认为以太应为固体等思想，均是基于单一现象推理获得的结果，正是这种偏面的认知造成了错误结果。

既然迈克耳孙－莫雷实验是个错误实验，那么，牛顿经典力学认为速度与参照物有关就是正确的，光也不能例外，故光速C与参照物有关，狭义相对论引用一个错误的常量，得出的质能公式自然是错误的，经由质能公式得出的质量与速度有关的结论是错误的，将能量与质量统一起来是错误的。爱因斯坦力求解决的矛盾只是源于一个错误的实验得出的伪理论。

3动态力学定律2

动态力学定律2——力源于运动，不存在超距作用。运动物体间的相互作用力与质量较小的物体的动能成正比。

3.1力为什么源于运动

任何力均是物体间的相互作用力，单独一个物体不能形成力，故任何力学现象均存在施力物体与受力物体，可以得出结论：力必须衣附于物体，不能凭空存在。

两个相对静止紧挨的小球之间并不会发生相互作用力，两个速度一样的小球间也不会发生相互作用力，因为速度一样的小球间也是相对静止的，从这一现象可以看出，力来源于运动，只有两个速度不一致的物体产生碰撞时，才会产生力。从静态力学现象也可以看出，施力物体欲运动挤压或拉升受力物体时才会产生力。故，任何力均源于运动，没有运动就没有力。

3.2为什么不存在超距作用

牛顿认为不存在超距作用，这个观点是符合客观事实的。我们再来看风洞中的气球实验，空气是无色的，我们看不到，如果我们的皮肤也不能感受到风的存在，那么，凭我们的直觉，我们就会觉得只要风机一开，汽球就会运动，风机与汽球之间似乎存在超距作用。事实上，我们知道汽球运动是由于空气分子运动对汽球的撞击力造成的。同样的道理，凭我们的直观感觉，磁场、电场，以及万有引力似乎也是越距作用，事实上，越距作用不符合客观规律，我们前面的分析已经指出，任何力均源于运动，如果电极不运动，带电粒子也不运动，力从何而来？电极必定能形成一种我们看不见的物质形成的风冲撞带电粒子而形成力，这个道理同样适用于磁场和万有引力。如果你有兴趣，可以读一读我的论文《磁场、电场本质》，文中有详细解释。

3.3运动物体间的相互作用力为什么只与质量较小的物体动能成正比

我们再从碰撞现象来看运动物体间的力学关系。当一辆车撞墙时，撞击力很大，而当车以同样的速度撞向一个汽球时，撞击力则相对很小，这说明，运动物体间的相互作用力与质量较小的物体动能成正比。如何理解呢？由于运动是个相对概念，当车撞汽球时，可以把车看成静止，汽球运动撞向车，即可以把两个物体中的任何一个看成静止，撞击力的大小由质量较小的物体决定。另外，车的速度越大，撞击力也越大，说明运动物体间的相互作用力与物体动能成正比，或者说与物体间相对运动速度的平方成正比。

4结语

对于本文刚开始提出的现代物理学三大矛盾，相对论全部错误，牛顿经典力学只错了一个。结论如下：

（1）对于光速不可超越现象，经典力学与狭义相对论的结论均与客观事实不符，受力物体的运动速度既不可能达到无限大，也不是固定在光速不可超越这一界线上，正确的表达应该是——受力物体的速度不可能超过施力物体的速度，而施力物体受制于自身条件存在速度极限。（2）牛顿经典力学认为质量与速度无关是正确的，当受力物体的速度接近施力物体的极限速度时，实际作用力变的非常小，很难使速度再增加，并非因质量增大，爱因斯坦狭义相对论的质能公式是错误的。经典力学认为能量与质量相互独立是正确的。（3）牛顿经典力学认为速度与参照物有关是正确的，光也不例外。

科学意义：在高速领域，经典力学被狭义相对论取代。牛顿经典力学之所以与高速世界矛盾，是因为其缺失一个内容，即没有研究运动物体之间的力学关系，故牛顿经典力学可称为静态力学，其只能解释静止或低速度的世界。本文开创的动态力学，弥补了经典力学的不足，改善后的经典力学可以解释光速范围内的物理现象，与高速世界不再矛盾。从动态力学公式我们还可以看出，速度并不会影响物体质量，牛顿经典力学认为质量与速度无关是正确的，狭义相对论的质能公式是错误的，光速不可超越是因为施力物体自身也必定存在速度，而受力物体的速度不可能超越施力物体的速度。

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