场力参考系

场力参考系

------物理理论创新

彭瑞良

内容提要：参考系理论，是物理学最基础的理论，在推进自然科学发展过程中、发挥着重大作用；但由于原参考系理论存在缺陷，也使近代物理学产生了十分荒谬的相对论，把人的思维方式引入歧途。为克服原参考系理论的缺陷，以自然现象为基础，提出场力参考系理论，使参考系理论变得更科学。

我们所处的自然界，是一个五彩缤纷、千变万化的世界；为了探寻自然界存在及运动的奥秘，有效描述自然界的运动规律，人们建立了参考系理论：在观察一个物体的位置及位置变化时，人们总要选取该物体周围的点作为参考点，然后以参考点为基准，对该物体的运动进行描述。这种参考系理论，使人们认识自然的方法发生了巨大的进步，人们的思维方式由模糊认识向精准认识前进了一大步，也促进自然科学有了飞速的发展，产生了伟大的文明成果经典力学理论。

利用原参考系理论，由于在建立参考系时，人们可随意选取该物体周围的点作为参考点，选取参考点具有随意性，各参考点的运动状态各有不同，人们描述该物体的运动状态结果也各不相同，这也使人们对物体的运动规律的探索、变得茫然，在近代探

寻自然规律奥秘的进程中，也产生了十分荒谬的相对论。

一、参考系理论的缺陷

在分析大量的参考系理论应用实例后会发现，原有参考系理论存在重大缺陷：

1、参考系选取、存在随意性，参考系的选择是任意的，使得描述物体运动的结果也出现多样性，参考系描述的运动与自然界物体运动现象的唯一性相矛盾。

如：一辆行驶的汽车上有一个人向上抛一小球，汽车上的人及车外的人、所感到球的运动轨迹是各有不同；但球的实际运动轨迹是唯一的，这是谁都能确定的事实；人的感知的多样性与事物运动现象的唯一性矛盾。

2、参考系确定、具有无源性，参考系的选择是任意的，使得描述物体的运动与物体的作用脱离，参考系描述的运动与物体运动的轨迹受周围因素影响的事实相悖。

如：一个在大气中运动的小球，小球的运动轨迹是受外部环境因素影响的，受地球引力、空气阻力的作用；但参考系没有考虑外部因素对小球运动轨迹的作用关系，此参考系与决定物体运动轨迹的相关因素脱离。

3、参考系理论、存在不适用，现代物理理论洛伦兹力理论，完全证明了任意选取参考系理论是错误的。洛伦兹力理论：带电粒子在磁场中的运动与受力，带电粒子的受力F、与相对的磁场

的运动速度V成正比，即F∝V的对应关系，这种对应关系是建立在相对磁场静止的参考系的对应关系；如果任取一个相对静止磁场运动的参考系，那么此对应关系将不再存在。此带电粒子在磁场中的运动与受力的现象，充分证明了参考系的选取有特定的要求、不能任意选取，此现象也充分说明任意选择参考系是不适应自然界物质运动的内在规律的。

二、参考系理论的改进

为了克服原有理论的缺陷、推动自然科学的发展，必须建立科学的参考系理论。

在我们所见的自然现象中，我们可以见到自然界有很多独特的现象：电场、磁场、地球场、太阳系、银河系等自然现象，都有其物质存在或运动的中心或对称轴；这些中心或对称轴有其特殊性，所以在建立参考系时应给予高度关注，才能有效揭示自然界物体运动规律的本质。

由物质存在或运动的中心或对称轴自然现象可以得到得启发，在研究任何一个物体的运动时，我们应以物体所处的物质体系中心建立参考系，如：研究电场的电荷运动时，应以产生电场的电荷中心作为参考系的原点；研究磁场中的电荷运动时，应以产生磁场的磁场中心作为参考系的中心轴；研究地球上的物体运动时，应以地球中心作为参考系的原点；研究太阳系其它星球的运动，应以太阳中心作为参考系的原点。按此要求确定的参考系，

参考系就变得唯一、且参考系也充分考虑周围环境因素对物体运动的影响。

在现有的绝大部分的物理理论中，人们选取参考系，其实都是自觉或不自觉遵循了以上原则，都是以物质的中心作为参考系的原点，也使得大部分物理理论十分科学。

根据以上分析可知，选定参考系，必须是物质引力场（万有引力、电场力、磁场力）的中心，且这个参考系相对物质引力场必须是静止的，符合这些要求的参考系，才能真实客观地反映物质之间的相对运动、与物质之间的相互作用的内在规律。我们可以把这种参考系叫场力参考系，场力参考系具有两个特点：一是参考系是一个物质体系的参考系，二是参考系内部物质间存在相互作用关系。

在自然界，不仅存在有相互作用力关系的运动，还存在着大量的非相互作用力关系的运动（不相干运动），如：两架飞机在空中作相对高速旋转运动，一架飞机相对另一架飞机没有作用力关系；天上飞机与高速行驶的列车的相对运动，飞机与列车没有相互作用力关系；高速行驶的列车与地面上行驶的汽车的相对运动，列车与汽车之间没有相对作用力关系；地面上行驶的汽车与江河行驶的轮船的相对运动，汽车与轮船没有相互作力关系；加速行驶的汽车与地面上行走的人的运动，车与人之间没有相互作用力关系；快步跑的你与行走中的我之间的相对运动，你与我之间没有相互作用力关系；等等。以上这些相对运动，都可以以一

个物体为基准，对加一个物体运动进行描述，虽然有加速、减速、变速等运动现象，但这些相对运动中都没有相对的相互作用力关系。这种相对运动现象十分普遍，是自然界最丰富的运动景象，但这些物体相对运动景象与各自受力作用大小，毫不相干。

在描述物体运动选取参考系时，仅考虑物体之间的相对运动，不考虑物体之间存在相互作用力关系的参考系，我们把这种参考系叫做相对参考系。只满足相对参考系的物体运动，只表示物体之间有相对运动，但不能反映物体之间有相互作用力的关系，因此我们不能利用经典力学理论、对物体之间运动与物体之间作用的关系进行描述，这是相对参考系的重要特点。

根据以上分析，参考系可分为两类：一类场力参考系、一类相对参考系，在研究物体运动时，必须明确运动是属于哪类参考系，这样才有利于探索事物的运动规律。

选取相对参考系，仅对物体之间的相对运动进行描述。选用相对参考系，只要物体之间有相对运动，不需考虑物体之间有相互作用关系，就可以选用相对参考系对物体运动进行描述，以一个物体为基准，对另一个物体的位置及位置变化进行描述；相对参考系的应用范围十分广泛，但不能真实反映物体之间的相互作用力关系，这是应用相对参考系的本质要求。

选取场力参考系，可对物体运动与作用关系进行描述。选用场力参考系，不仅要有物体的相对运动，更要确定物体之间确有相互作用关系，人们利用场力参考系描述的物体位置及位置变化

关系，从而可分析研究物体之间的相互作用力关系；场力参考系中的物体之间构成一个体系，物体之间有对应的相互作用力关系，这就是应用场力参考系的本质要求。

在近代物理理论中的相对论，就是随意建立两个参考系对同一物体运动规律进行分析，从而产生荒唐的理论：时间可以延缓、空间可以收缩等奇谈怪论。

为了使场力参考系理论更完善，下面对场力参考系中的空间、时间、物质参数的属性进行一次完整解释：

空间、时间、物质是构成宇宙最基本的三种原素，它们共同相伴存在，构成五彩缤纷、千变万化的宇宙世界。

1、空间，宇宙的天然空域，绝对真空，宇宙存在的一种原素；不依赖于时间、物质而存在，不受任何物质、时间存在状态变化而均匀分布。

在整个宇宙中，空间不会产生、也不会消失，空间只能展示空域的永恒存在，即空间守恒定律。

2、时间，宇宙的天然经历，绝对流逝，宇宙存在的一种原素；不依赖于空间、物质而存在，不受任何空间、物质存在状态变化而匀速流逝。

在整个宇宙中，时间不会加快、也不会减慢，时间只能存在永恒的匀速流逝，即时间守恒定律。

3、物质，宇宙的天然实物，绝对实在，宇宙存在的一种原素；不依赖于空间、时间而存在，不受任何时间、空间存在状态

变化而永恒实在。

在整个宇宙中，物质不会消失、也不会增加，物质只能发生形态的相互转换，即物质守恒定律。

以上守恒定律，可统称为宇宙守恒定律。

以上守恒规律，人们在生产及生活的一切活动中，都是自觉或不自觉遵守了以上定律，如：人们利用量具量取液体体积，就是利用空间守恒定律；人们按时间统一工作和作息，就是利用时间守恒定律；人们有计划推行物品生产活动，就是利用了物质守恒定律；宇宙间的一切活动都遵循以上守恒定律。

人们在进行空间、时间、物质计量时，由于受计量方法的局限，进行空间、时间、物质计量试验时，可能出现微小误差，但这种计量方法造成的误差，只是整体的微小量，微小量决不能否定整体量的地位，不能改变普遍存在的宇宙守恒的本质。

三、场力参考系的规律

如果按场力参考系建

立直角坐标系，那么在物

质场中运动的物体，物体

运动状态存在以下规律可

循。

现作直角坐标系如

（图1）表示场力参考系，

P点表示一个运动物体质点在坐标系中的位置，那么P点在场力参考系直角坐标系中的运动状态描述如下：

1、物体质点P的位置表示

P点在直角坐标系中的位置，可用位置坐标（x、y、z）表示，也可用位置矢量r表示或坐标分矢量（xi+yj+zk）表示，其中x、y、z是位置矢量r在坐标OX轴、OY轴、OZ轴的投影值，i、j、k分别是沿OX轴、OY轴、OZ轴的单位矢量，那么有下列运算关系式：

r = xi+yj+zk

其数值有下列对应关系：

︱r︱=︱（x、y、z）︱

位置矢量的方向由下式确定：

Cosα = x /︱r︱，

Cosβ = y /︱r︱，

Cosγ = z /︱r︱，

式中α、β、γ分别表示位置矢量r与OX轴、OY轴、OZ轴的夹角。

2、物体质点P的运动函数：

如果物体质点P是运动的，那么P点的位置是随时间t变化的函数，则P的运动函数表达式为：

r(t) = x(t)i+y(t)j+z(t)k

其数值有下列对应关系

︱r(t)︱=︱[x(t)、y(t)、z(t)] ︱

位置矢量的方向由下式确定：

Cosα = x(t)/︱r(t)︱，

Cosβ = y(t)/︱r(t)︱，

Cosγ = z(t)/︱r(t)︱，

式中α、β、γ分别表示位置矢量r(t)与OX轴、OY轴、OZ 轴的夹角。

3、物体质点P的位移函数：

如果物体质点P，在时刻t1的坐标为[x(t1)、y(t1)、z(t1)]，在时刻t2的坐标为[x(t2)、y(t2)、z(t2）)，那么P从时刻t1到时刻 t2的位移函数为：

Δr= r(t2)- r(t1)

=[x(t2)i+y(t2)j+z(t2)k]-[x(t1)i+y(t1)j+z(t1)k]

=[x(t2)-x(t1)]i+[y(t2)-y(t1)]j+[z(t2)-z(t1)]k

=(Δx)i+(Δy)j+(Δz)k

其中Δx、Δy、Δz分别表示位移矢量Δr在坐标OX轴、OY 轴、OZ轴的投影值。

其数值有下列对应关系

︱Δr︱=︱[Δx、Δy、Δz]︱

位移矢量的方向由下式确定：

Cosα = Δx /︱Δr︱，

Cosβ = Δy /︱Δr︱，

Cosγ = Δz /︱Δr︱，

式中α、β、γ分别表示位移矢量Δr与OX轴、OY轴、OZ 轴的夹角。

4、物体质点P的速度函数：

为了表示物体质点P在时刻t的位置[x(t)i+y(t)j+z(t)k]的速度V(t)，根据速度概念可推导确定速度函数为：

V(t)=dr(t)/dt

=[dx(t)/dt]i+[dy(t)/dt]j+[dz(t)/dt]k

=Vx(t)i+Vy(t)j+Vz(t)k

其中：Vx(t)、Vy(t)、Vz(t)分别是速度矢量V(t)在OX轴、OY轴、OZ轴的投影值。

其数值有下列对应关系

︱V(t)︱=︱[Vx(t)、Vy(t)、Vz(t)]︱

速度矢量的方向由下式确定：

Cosα = Vx(t)/︱V(t)︱，

Cosβ = Vy(t)/︱V(t)︱，

Cosγ = Vz(t)/︱V(t)︱，

式中α、β、γ分别表示速度矢量V(t)与OX轴、OY轴、OZ 轴的夹角。

5、物体质点P的变速（加速度）函数：

为了表示物体质点P在时刻t的位置[x(t)i+y(t)j+z(t)k]的变速a(t)，根据变速概念可推导确定变速函数为：

a(t)= d[V(t)]/dt=d[dr(t)/dt]/dt

=[dx(t)/dt]/dti+[dy(t)/dt]/dtj+[dz(t)/dt]/dtk =ax(t)i+ay(t)j+az(t)k

其中ax(t)、ay(t)、az(t)分别表示变速矢量a(t)在坐标OX轴、OY轴、OZ轴的投影值。

其数值有下列对应关系

︱a(t)︱=︱[ax(t)、ay(t)、az(t)]︱

变速矢量的方向由下式确定：

Cosα = ax(t)/︱a(t)︱，

Cosβ = ay(t)/︱a(t)︱，

Cosγ = az(t)/︱a(t)︱，

式中α、β、γ分别表示变速矢量a(t)与OX轴、OY轴、OZ 轴的夹角。

6、物体质点P的受力函数：

假设物体质点P的质量为m，根据牛顿定律，物体质点P在时刻t的位置[x(t)i+y(t)j+z(t)k]的受力F(t)表示如下：F(t)= a(t)×m

=﹛d[V(t)]/dt﹜×m

=﹛d[dr(t)/dt]/dt﹜×m

=﹛[dx(t)/dt]/dti﹜×m +﹛[dy(t)/dt]/dti﹜×m

+﹛[dz(t)/dt]/dtk﹜×m = ax(t)i×m + ay(t)j×m + az(t)k×m

= Fx(t)i + Fy(t)j + Fz(t)k

其中Fx(t)、Fy(t)、Fz(t)分别表示受力矢量F(t)在坐标OX轴、OY轴、OZ轴的投影值。

其数值有下列对应关系：

︱F(t)︱=︱[Fx(t)、Fy(t)、Fz(t)]︱

受力矢量的方向由下式确定：

Cosα = Fx(t)/︱F(t)︱，

Cosβ = Fy(t)/︱F(t)︱，

Cosγ = Fz(t)/︱F(t)︱，

式中α、β、γ分别表示受力矢量F(t)与OX轴、OY轴、OZ 轴的夹角。

以上运动规律仅在场力参考系中成立，对于相对参考系中的物体运动，以上运动规律将不存在，这个概念必须严格把握。

在相对参考系中，可采用统计学概率论理论，对物体的运动规律进行研究，从而找出适应该物体运动的规律。

2012年11月16日定稿