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气和能量  

2011-11-11 13:17:44|  分类: 中医理论 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                              本帖最后由 yao326yao 于 2009-4-22 16:24 编辑
其实 关于中国传统哲学的理解 特别是其与现代自然科学的比较研究 最重要的一个概念就是“气” 不夸张的说 你理解了气的真正内涵 也就理解了传统哲学一半的东西  关于气的本质 在古代就辩论得非常厉害 再放到今天这个西方学问大量引入的时候 人们对气的理解就更没谱了 也正因为如此 各种歪门邪道也就应运而生
气在英语中有很多解释 但我见过最多的一个 就是“energy” 我不知道这是不是跟波尔或汤川有关 但至少这样的解释背后 我并没有找到一个让人信服的 这样翻译的理由  所以索性我自己来探索下 到底什么是气 什么是能量  
自然科学中 能量这个概念的形成和完善 大概可以分为三个时期 现分述如下:
1 牛顿时代 代表人物:牛顿 伽利略 笛卡儿
在牛顿力学的框架下 其实并没有真正意义上能量的概念 牛顿力学注重的是“力(force)” (这也是其中文翻译如此的原因)那么什么是力呢?
牛顿力学 之所以是一个具有真正划时代意义的理论 在于它对“运动(motion)”这一绝大多数哲学体系都认为是世界最本原的东西 做了全新的诠释  在牛顿力学出来以前 人们对运动的理解是完全孤立的  也就是说 A处有个物体在运动 和B处有另一个物体在运动 这是完全两件事情 毫无关联可言 所谓那时候的人会问 风吹着旗动 到底是风在动 还是旗在动呢?所以牛顿力学的最大贡献 正在于他告诉了人们 一个物体的运动 到底是和什么有关   说得再具体一点就是 物体运动的快慢 即“速度(velocity)” 是只跟力有关的 而什么是力呢 力就是这个物体在空间坐标上(coordinate)上 相对其它物体的位置! 因此 牛顿力学在历史上 第一次把速度和空间坐标联系在了一起
在这之后 作为上述讨论的一个有趣的结果 牛顿力学还发现 一个物体如果只受重力作用 那它的速度平方加上空间坐标乘以一个常数 这个量是守恒的 因此牛顿力学将质量(mass)乘以速度平方这个量定义为动能(kinetic) 重力乘以坐标则定义为势能(potential) 牛顿力学到此即止 没有再深入下去 动能和势能分别对应什么 也并没有做更多的解释
2 18、19世纪 代表人物:拉格朗日 哈密顿 玻耳兹曼
自然科学自拉格朗日那本伟大的《分析力学(analytical mechanics)》问世后 发生翻天覆地的变化 请注意 这里我用的是自然科学 而非物理学(physics) 其实physics这个词的出现大概是在19世纪左右 因此 准确意义上说 牛顿并不应该被叫作物理学家 这当然是后话
之所以在这个时候 physics这个词被提出 正是源于一门新的学问诞生了 这门学问可以说是以能量作为最基本研究对象的 因此人们就将这门学问定义为了physics 物理
之所以会出现这样一门新的学问 原因在于牛顿力学所面临的困难  我们知道 牛顿力学最基本的是牛顿第二定律 F=ma 单个物体的方程是这样 两个物体则分别写出两个F=ma 然后分别对两个物体进行受力分析 从而求解这个方程组 那么三个物体 四个物体 很多个物体怎么办呢?我们知道 1mol是10的23次方 所以你要研究比如空气分子的运动规律 难道要做10的23次方次受力分析吗?这显然不可能
因此 那时候人们就想到了 要解决这样的问题 首先得知道 这么多的物体 它们之间是否存在什么共同点 这样就能使问题大大地简化  在这样的前提下 能量这个全新的概念进入了大家的视野
首先 如果我们认定 动能是与速度成2次方关系的话 我们发现 不管什么样的情况下 物体的势能始终可以表示成空间坐标的某种函数关系 使得动能与势能的总和 即能量 在任何时刻都不改变  我们知道 常见的势能形式 一次函数对应着重力势能 二次函数对应着弹性势能 倒数函数则对应电势能 等等
有一点必须要清楚 在这个时期 能量 或者动能和势能 这些概念 只是一种数学形式 它并没有十分明确对应的物理实体  引入这些概念 只不过使得物理学家需要讨论的问题来得更简单而已 因此 这时候最基本的仍然是速度 坐标 力等传统牛顿力学中的概念
3 20世纪上半叶 代表人物:爱因斯坦 波尔 狄拉克
相对论和量子力学 我想不必我做过多的介绍了 这两门学问 懂的始终懂 不懂的 我讲再多还是白讲  这里只讨论关于能量的部分
上一个时期中 能量是作为一种数学形式被引进到物理学中 但真正让人们理解能量所对应着什么样的物理存在 则是上个世纪被那场物理学革命所带来的  相对论告诉我们 能量就是物质 量子力学告诉我们 能量就是时间的共轭量(参考动量与空间的关系) 当然 这样的讲法太过深奥 而往往容易引起半懂的人误解  因此我想 只要了解一点就好了 在牛顿时期 最基本的物理量是速度 坐标 力 这一时期则变成了能量  它涵盖了物体运动的各个方面(它可以是运动的主体 物质 也可以是客体 时间和空间  它可以表征运动的快慢 速度  也可以表征改变运动的因素 力) 换句话说 能量成为了自然科学(如果把它作为一门哲学的话)中最最基本的单位 甚至可以取代“运动”的概念
有了以上的介绍 我们就可以对气和能量 作一个简单的类比了:
1 两者都是相应哲学中 最基本的单位(且都是最神秘的)
2 两者都是为了描述运动而提出的(都可以涵盖运动的方方面面)
3 两者的最基本特性 都是守恒的(并且是相应哲学中 唯一永远守恒的量)
4 虽然形式很多 但两者都有且仅有两种最基本的属性 并且这两种基本属性之间的相互转换 就够成了我们世界(气是阳和阴 能量则是动能跟势能)


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