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(山東省北鎮(zhèn)中學(xué)2016級17班)

經(jīng)典力學(xué)指的是以牛頓三大定律作為基礎(chǔ)，在低速狀態(tài)和宏觀世界下研究物體運(yùn)動的有效方式方法，是作用于物體之上力學(xué)的物理模型。它包括三大定律以及萬有引力定律。盡管經(jīng)典力學(xué)再怎么科學(xué)合理，其自身也存在一定的局限性。愛因斯坦的相對論可以證明這一點。從時空觀、慣性和非慣性這兩方面進(jìn)行論述二者。

高中物理 經(jīng)典力學(xué) 局限性

一、時空觀

(一)經(jīng)典力學(xué)的時空觀

經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，時間和空間都有絕對和相對之分。絕對的時間是其自身均勻的流逝，與其他外在的事物沒有關(guān)系；絕對的空間同樣也是與其他一切外在事物沒有關(guān)聯(lián)，處處均勻，永遠(yuǎn)不移動。而相對的時間是可以感知的和外在的對運(yùn)動的延續(xù)的量度，它經(jīng)常用來替代真實的時間；相對的空間是對絕對空間的量度，人們經(jīng)常通過其與物體的相對位置來認(rèn)識它。綜上所述，空間好像是一個裝東西的容器，而時間是在宇宙中均勻的流逝，兩者之間不存在任何關(guān)聯(lián)，同時也和物質(zhì)運(yùn)動不存在關(guān)系。但是就現(xiàn)如今看來，這里有許多內(nèi)容都是不適用的。

(二)相對論中的時空觀

相對論又分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論認(rèn)為，時間和空間具有相對性和統(tǒng)一性。他認(rèn)為孤立的時間和空間是不存在的。在狹義相對論中，愛因斯坦做了兩個假設(shè)：相對性原理和光速不變原理，從而得出了幾個重要的結(jié)論：長度收縮、時鐘變慢、光速極限等。同時，他認(rèn)為同時性是相對的，在一個慣性系中同時發(fā)生的事情，在不同的慣性系中進(jìn)行測量是就不是同時發(fā)生的；如果物質(zhì)運(yùn)動的速度比光速要小很多，那么相對論中的力學(xué)就和經(jīng)典力學(xué)有了一定的相似性。廣義相對論認(rèn)為，時間和空間是不能夠脫離物質(zhì)而獨立存在的，時間、空間是伴隨著物質(zhì)的運(yùn)動和分布的變化而變化的，這就把時間空間和物質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系揭露出來。同時，它還認(rèn)為時間空間會因為物質(zhì)的存在而發(fā)生變化，地球上的萬有引力就是一個很好的例子。相對論中的時空觀把時間和空間的關(guān)系及二者與物質(zhì)的關(guān)系揭示的很清楚，可以說是彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)的局限。

二、慣性和非慣性參考系

在我們描述一個物體的時候，不管它是否在運(yùn)動，總是習(xí)慣找個參考系，并且這個參考系有很多。比如說，一個人在路上騎著自行車，自行車可以作為參考系，地面同樣也可以作為參考系。然而，經(jīng)典力學(xué)也就是牛頓力學(xué)體系并不是對于所有的參考系都是成立的。

經(jīng)典力學(xué)體系除了地面參考系還有什么參考系適用呢？伽利略曾經(jīng)在船艙時觀察到：當(dāng)船靜止不動的時候，小飛蟲在勻速向各個方向飛行，水中的魚兒也在隨意的向各個方向游動。當(dāng)船勻速運(yùn)動沒有左右搖擺的時候，小飛蟲和水中的小魚仍舊是和船禁止不動時的現(xiàn)象一樣。這樣就使得人們沒有辦法去確定船到底是在運(yùn)動還是禁止不動。這就表明，在相對于地面做勻速直線運(yùn)動的物體中做力學(xué)試驗研究與在地面所得到的結(jié)果是一樣的沒有差別。這就說明以相對于地面做勻速直線運(yùn)動的物體作為參考系的時候經(jīng)典力學(xué)體系還是成立的。但是，對于相對于地面做變速運(yùn)動的參考系來說，牛頓力學(xué)定律又是否依舊成立呢？

假設(shè)有一輛車在做勻速直線運(yùn)動，我們在車廂的桌面上放置一個圓球。相對于車廂參考系來說，球是靜止的，小球所受的外力的合力是零，這就符合牛頓運(yùn)動定律。如果車廂開始向右做加速運(yùn)動，我們在在車廂內(nèi)可以觀察到，圓球在向左做加速運(yùn)動，而這個時候圓球并沒有受到其他物體的作用力，它所受的合力依舊零。這就證明，在相對于地面做變速運(yùn)動的車內(nèi)，牛頓運(yùn)動定律不再適用。

在高中物理中，我們一般以慣性系作為參考系。經(jīng)典力學(xué)中物體的質(zhì)量是恒定不變的，它在處理宏觀物體即質(zhì)量變化可以忽略不計的低速運(yùn)動問題的時候是適用的。然而，對于質(zhì)量發(fā)生變化不能不計的情況下，非慣性參考系則比較適用，愛因斯坦的相對論即是如此。他指出，物體的質(zhì)量要隨著其運(yùn)動速度的增大而增大，二者成正比。比如說，在地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時，它是進(jìn)行低速勻速運(yùn)動，質(zhì)量變化幾乎可以忽略不計，這時經(jīng)典力學(xué)就可以應(yīng)用于此。而當(dāng)其運(yùn)動速度比光速還要快時，物體質(zhì)量的增大速度也在隨著大幅度提升，已經(jīng)不可以忽略了，在這個方面，經(jīng)典力學(xué)顯然已經(jīng)不再適用。

雖然經(jīng)典力學(xué)體系在微觀領(lǐng)域已經(jīng)有些落伍，但是物理學(xué)領(lǐng)域沒有經(jīng)典力學(xué)體系建立的基礎(chǔ)是不可能發(fā)展到現(xiàn)在的。經(jīng)典力學(xué)的地位仍舊是不可替代的。它是力學(xué)體系發(fā)展的根本。在它的基礎(chǔ)上，才有了能量守恒、動能原理等現(xiàn)代物理學(xué)體系的出現(xiàn)與構(gòu)建。

總而言之，由上可知，經(jīng)典力學(xué)適用于質(zhì)量不變或者變化可以忽略的低速運(yùn)動，對于高速運(yùn)動問題、微觀粒子還是相對論和量子力學(xué)更加適用。相信在宏觀的經(jīng)典力學(xué)體系的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)家和物理學(xué)家的共同努力，把經(jīng)典力學(xué)和微觀的力學(xué)體系結(jié)合起來，物理學(xué)將走出桎梏，走向科學(xué)前沿。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王忠明.談對經(jīng)典力學(xué)思想方法的思考[J].物理教學(xué)探討，2014，(08) ：36-39.