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经典力学的相对性原理范文1
伽利略是意大利数学家、物理学家、天文学家，科学革命的先驱。伽利略发明了摆针和温度计，在科学上为人类作出过巨大贡献，是近代实验科学的奠基人之一。
历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
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经典力学的相对性原理范文2
【关键词】椎动脉型颈椎病;电针;液体张力疗法;微量元素
【中图分类号】R246.2 【文献标识码】A 【文章编号】1006-1959(2009)08-0158-02
椎动脉型颈椎病中老年人的常见病、多发病。我们于2006年1月～2008年12月,用电针加液体张力疗法治疗椎动脉型颈椎病,取得了显著疗效。为了进一步探讨其作用机理,我们观察了椎动脉型颈椎病患者治疗前后头发微量元素含量的变化,现总结报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料:
140例均为我院门诊和住院患者,随机分为两组。观察组80例中,男性42例,女性38例,年龄30～71岁,平均48.85岁;病程6月～8年,平均4.5年。对照组60例中,男性29例,女性31例,年龄23～75岁,平均49.45岁;病程6月～9年,平均为4年。
1.2 诊断标准 :
参照国家中医管理局颁布的《中医病症诊断疗效标准》[1]及1992年10月在青岛举行的第2届颈椎病专题座谈会制定的标准[2],拟定如下标准:①曾有猝倒发作,并伴有颈性眩晕。②旋颈试验阳性。③X线显示节段性不稳定或钩椎关节骨质增生。④多伴有交感神经症状。
1.3 排除标准:
①颈椎病的其他分型。②脑源性、耳源性、眼源性、外伤性及神经官能性、颅内肿瘤等所引起的眩晕疾病。③锁骨下动脉缺血综合症。④合并有心、肝、肾、造血系统等原发性疾病及其他严重性疾病,精神病患者。⑤未能按照实验计划完成治疗过程者。
2 治疗方法
2.1 观察组
2.1.1 电针治疗:
针刺部位:软组织异常点。1点:C2棘突(头后大直肌、头下斜肌起点);2点:寰椎横突尖(头上斜肌起点头下斜肌止点);3点:寰椎后结节(头后小直肌起点);4点:下项线(头后大直肌、头后小直肌、头上斜肌止点);5点:C3～C6椎横突尖(前斜角肌、肩胛提肌起点);6点:肩胛骨的内上角及脊柱缘(肩胛提肌的止点)。操作方法:在以上诸点区,寻找软组织异常点(硬结、条索样变、压痛等)中心区,常规消毒,均采用直刺,深度以达骨面或横突、棘突为准,施用平补平泻手法,当患者出现有酸胀感,以及向头部或肩胛部放射样感后,接通(中国青岛鑫升实业有限公司生产)G6805-1电针治疗仪,连续波,电流以患者舒适为度,频率50次/min,留针30min,每日1次,10次为1疗程,疗程间隔2日,进行下1疗程,共治疗3个疗程。
2.1.2 液体注射:
注射药物:香丹注射液(十堰康迪制药公司生产,每毫升相当于丹参、降香各1g)、2%的利多卡因注射液(十堰康迪制药公司生产),按5∶1比例配制备用。操作方法:注射点同上,采用武汉市王冠医疗器械有限责任公司生产的一次性10ml无菌注射器,抽取上述混合药液,注射区常规消毒,进针得气后,回抽无回血时推药,每一点注射1～1.5ml混合药液,每次注射3～4点,隔日1次,5次为1疗程。
上述两种方法连续治疗3个疗程统计疗效。
2.2 对照组:
采用5%葡萄糖250ml+复方香丹注射液30ml静脉滴注,1日1次;口服西比灵 5mg,每晚1次,睡前服用。连续治疗3周后评定疗效。
3 观察结果
3.1 检测方法:
受测者均于空腹12h后晨起抽血,标本采集后离心15min(3000r/min),分离血清置于-20℃低温冰箱保存待测。标本按操作规程处理后, 用美国Beckman公司生产的Spectra-span-V三电极直流等离子体原子发射光电直读光谱仪(DCP-AES)进行检测,单位用μg/ml表示。
3.2 三组治疗前后血清锰、锌浓度变化的比较,见附表。
治疗后两组血清锰浓度均呈上升趋势,但观察组明显上升,且接近常值水平(P>0.05),与对照组比较,有显著性差异(P0.05)。表明椎动脉型颈椎病血清锰水平显著低于正常人,但血清锰水平无差异性;电针加液体张力疗法治疗椎动脉型颈椎病能使下降的血清锰浓度明显上升,从而缓临床症状及体征。
4 讨论
椎动脉型颈椎病(CSA)是指因椎-基底动脉供血不足,最终导致局部脑血流量的改变,从而引起头痛、眩晕、恶心、耳鸣、视物不清等一系列临床表现的疾病。其发病的关键因素之一是骨质增生与骨赘形成,二者又与中老年骨质疏松关系密切,有研究发现中老年骨质疏松与微量元素锰、锌的缺乏密切相关[3]。已知骨质增生与退行性改变有关,有报道表明机体缺锰可能是颈椎病发生的原因之一[4]。锰是体内精氨酸酶、脯氨酸肽酶的组成部分,锰离子又能激活精氨酸酶、磷酸化酶、醛缩酶和胆碱酯酶等,还参与人体的氧化磷酸化过程,影响糖和脂肪的代谢。所以锰很可能直接或间接影响钙、磷代谢,导致骨质脱钙,异常沉积后表现为骨质增生,并可压迫椎动脉,引起脑供血不足。
电针具有疏通经络、消炎镇痛的作用,连续波电流作用于针柄,使针持续地有节律地上下跳动,令患部肌肉处于不断收缩与舒张状态下,僵硬,拘急的肌肉得到被动锻炼,起到解除局部肌肉痉挛的作用。液体张力疗法是在颈部各大肌群起止部位的软组织异常点注入活血化瘀药液,使药物的有效成分直达病所,发挥最大的疗效。由于一定量的药液不易被机体组织迅速吸收,就会在病变局部占有一定的体积,通过液体表面的张力作用在有酸胀感或无痛的情况下充分将粘连、机化甚至挛缩的软组织松解,消除机械压迫、炎性介质对血管的不良刺激,使患处缺血缺氧状态得到改善。
我们采用电针加液体张力疗法治疗椎动脉型颈椎病,治疗后患者血清锰浓度明显上升,与对照组比较,有显著性差异(P
参考文献
[1] 国家中医药管理局.中医病症诊断疗效标准.南京:南京大学出版社,1994,4:186-187
[2] 孙宇,陈其福.第二届颈椎病专题座谈会纪要[J].中华外科杂志,1993,13(8):472
[3] Ditmar R.Trachtenbarg DE.Treatmento fo steoporosis.Acta Chir orthop Traumatol Cech,1989,56:143
经典力学的相对性原理范文3
一、理论物理学的重要方法
探索性的演绎法是理论物理学的重要方法。在爱因斯坦看来，理论物理学的完整体系是由概念，被认为对这些概念是有效的基本原理(亦称基本假设、基本公设、基本定律等)，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。因此，理论物理学家所运用的方法，就在于应用那些作为基础的基本原理，从而导出结论;于是，他的工作可分为两部分：他首先必须发现原理，然后从这些原理推导出结论。对于其中第二步工作，他在学生时代已得到很好的训练和准备。因此，如果在某一领域中或者某一组相互联系的现象中，他的第一个问题已经得到解决，他就一定能够成功。可是第一步工作，即建立一些可用来作为演绎的出发点的原理，却具有完全不同的性质。这里并没有可以学习的和可以系统地用来达到的的方法。科学家必须在庞杂的经验事实中间抓住某些可精密公式来表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。
爱因斯坦指出，一旦找到了作为逻辑推理前提的基本理，那么通过逻辑演绎，推理就一个接着一个地涌现出来它们往往显示出一些预料不到的关系，远远超出这些原理依据的实在的范围。但是，只要这些用来作为演绎出发点原理尚未得出，个别经验事实对理论家是毫无用处的。实际上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出来。在他没有揭示出那些能作为演绎推理基础原理之前，他在经验研究的个别结果面前总是无能为力。
爱因斯坦把物理学理论分为两种不同的类型，其中之一是“原理理论”。建立这种理论使用的是分析方法，而不综合方法。形成它们的基础和出发点的元素，不是用假设造出来的，而是在经验中发现到的，它们是自然过程的普遍特征，即原理。这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足的数学形式的判据。热力学就是这样力图用分析的方法，从永动机不可能这一普遍经验得到的事实出发，推导出一些为各个事件都必须满足的必然条件。用探索的演绎法建立起来的相对论，就属于“原理理论”。但是物理学理论大多数是构造性的。它们企图从比较简单的式体系出发，并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅图像。气体分子运动论就是这样力图把机械的、热的和扩散的过程都归结为分子运动——即用分子假设来构造这些过程。当我们说，我们已经成功地了解一群自然过程，我们的思想必然是指，概括这些过程的构造性的理论已经建立起来了。爱因斯坦认为，构造性理论的优点是完备，有适应性和明确，原理理论的优点则是逻辑上完整和基础巩固。([1]，pp．109～110)
相对论就是爱因斯坦自觉地运用探索性演绎法的杰作。它不仅以其革命性的新观念和卓有成效的理论结果为人津津乐道，而且它所体现出的科学方法的新颖、精湛以及理论的逻辑结构的严谨，也令人叹为观止。爱因斯坦在创立狭义相对论(1905)时，他依据的仅仅是光行差现象和斐索实验这两个并不充分的实验材料，著名的二阶以太漂移实验即迈克耳孙-莫雷实验，对他并没有直接影响。他主要通过对16岁时想到的“追光”思想实验的沉思，对经典力学和经典电动力学基础的深入考察，发挥了思维的自由创造，提出了两个基本假设——相对性原理和光速不变原理(美国著名科学史家霍耳顿认为，在狭义相对论中，除了被提高为公设的两个基本原理外，爱因斯坦还作了另外四个假定：一是关于空间的各向同性和均匀性，另外三个是定义钟的同步的三个逻辑性质
。霍耳顿的学生米勒后来指出，另外的四个假定也是两个基本原理的必然结果，他们不是独立的假设。参见文献[3]，p．196)。然后，他以此为逻辑前提，接二连三地推导出了关于运动学和电动力学的结论，著名的质能关系式是他先前根本没有料想到的，这些结论大大超出了两个原理所依据的实在的范围。广义相对论(1915)的建立也是这样。作为广义相对论的两个基本原理，即广义相对性原理和等效原理，前者是爱因斯坦基于把相对性原理贯彻到底的信念（从惯性系推广到加速系)提出的，后者是依据厄缶实验(惯性质量等于引力质量)和升降机思想实验提出的。
在1905年，由于爱因斯坦采用了探索性的演绎法，从而使他能够高屋建瓴、势如破竹，一举砍断了哥尔提阿斯死结(哥尔提阿斯是古代夫利基阿国王，相传他曾把自己的车乘的辕与轭用绳结系住，死得无法解开，声言能解开此死结者，得以结治亚细亚。这个死结后来被亚历山大大帝用剑砍断)，开拓了一个奇妙的新世界。那些恼人的以太漂移实验，那些使人迷惑不解的单极电机电动势的“位置”问题，在爱因斯坦的理论体系中已根本不成其为问题。但是，同时代的博大精深的科学大师，诸如洛伦兹、彭加勒，却热衷于同迈克耳孙-莫雷实验等以太漂移实验打交道，迷恋于做出种种构造性假设，建立他们的构造性理论——电子论和电子动力学。例如，洛伦兹1904年的著名论文尽管声称是以“基本假设”而不是以“特殊假设”为基础的论文，但事实上却包含有11个假设：假设有静止以太，假设静止电子是球形的，假设电子的电荷分布是均匀的，假设电子的全部质量都是电磁质量，假设运动电子收缩，假设电子之间的作用力与分子力相同等等。洛伦兹和彭加勒虽说走到了狭义相对论的大门口，但他们并没有打开这扇大门，其原因固然是多方面的。从方法论上讲，就在于他们运用的是传统的经验归纳法，而没有采用探索性的演绎法。在当时的科学发展的形势下，仅靠个别的经验事实进行归纳，是建立不起什么崭新的理论的。洛伦兹、彭加勒的电子论和电子动力学固然富丽堂皇，但毕竟只是经典物理学的最后的建筑物。它们虽然包罗万象，可是由于不适应科学发展的总趋势，最终还是被人们遗忘了，仅有历史的价值。
二、采用探索性的演绎法是科学发展的必然趋势
从文艺复兴到19世纪的经典科学，一般称为近代科学。在科学史上，这个漫长的时期主要是积累材料和归纳材料的时期。与这一科学发展状况相适应，产生了经典的科学哲学，它始于弗兰西斯•培根的归纳主义。培根认为，科学的发展是从个别上升到一般，从经验归纳出理论。他比喻说，只要及时采摘成熟的葡萄，科学的酒浆就会源源不断。到19世纪，整个科学一般说来还没有摆脱这种“原始”状态，因而经典科学哲学能够得以通过穆勒之手发展成为更完备的经验论形态，经验归纳法依然是正统的科学方法。
在物理学领域，这个时期的最大成就是牛顿力学和麦克斯韦的电动力学。牛顿力学虽则是超越了狭隘经验论的人类理智的伟大成就，但它又同人们的日常经验密切相关。力学中的许多概念都比较直观，可以直接在现实生活中找到某种原型。这种状况掩盖了基本概念和基本原理的思辨性质，甚至牛顿本人也深深陷入这一幻觉之中。他一再声称他“不作假设”，实际上却作了许多假设，他要求人们“必须把那些从各种现象中运用一般归纳法导出的命题看作是完全正确的”。19世纪的经典物理学也具有现象论和经验论的特征：它尽量使用那些接近经验的概念，因而在很大程度上必须放弃基础的统一性。热、电、光都用那些不同于力学量的各个状态的变数和物质常数来描述，至于要在它们的相互关系以及同时间的相互关系中去决定全部变数的任务，主要只能由经验来解决。麦克斯韦及其同代人，在这种表示方式中看到了物理学
的终极目的，他们想像这个目的只能纯粹归纳地从经验得出，因为这样所使用的概念同经验比较接近。从认识论上看，穆勒和马赫大概就是根据这个理由来决定他们的立场的。总而言之，这个时期的科学家和科学哲学家大都以为，“理论应当用纯粹归纳法的方法来建立，而避免自由地创造性地创造概念;科学的状况愈原始，研究者要保留这种幻想就愈容易，因为他似乎是个经验论者。直至19世纪，许多人还相信牛顿的原则——“我不作假设''''——应当是任何健全的自然科学的基础。”([1]，p．309)
但是，在某些个别的科学部门，已经悄悄地透进了新时代的曙光;尤其是非欧几何学，它仿佛故意向经验论示威一样，以毋庸置辩的方式显示了理性思维的强大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科学与假设》中通过对非欧几何学的深入研究以及对经典力学和经典物理学的慎密考察揭示出，科学的基本概念和原理不是经验的直接归纳，而只能以经验事实为指导，通过精神的自由活动(其产品即约定)来创造。通过研读彭加勒的科学哲学著作，尤其是通过创立狭义和广义相对论的科学实践，使爱因斯坦清楚地看到，人们可以在完全不同于牛顿的基础上，以更加令人满意和更加完备的方式，来考虑范围更广泛的经验事实。但是，完全撇开这种理论还是那种理论优越的问题不谈，基本原理的虚构特征却是完全明显的，因为我们能够指出两条根本不同的原理，而两者在很大程度上都同经验相符合。这—点同时又证明，要在逻辑上从经验推出力学的基本概念和基本假设的任何企图，都是要失败的。爱因斯坦还清楚地看到，相对论是说明理论科学在现展的基本特征的一个良好的例子。初始假设变得愈来愈抽象，离经验愈来愈远。另一方面，它更接近一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假设或者公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的事实。同时，从公理引向经验事实或者可证实的结论的思路也就愈来愈长，愈来愈微妙。理论科学家在他探索理论时，就不得不愈来愈听从纯粹数学的、形式的考虑，因为实验家的物理经验不能把他提高到最抽象的领域中去。正是科学发展的这种理论化趋势，使爱因斯坦认识到：“科学一旦从它的原始阶段脱胎出来以后，仅仅靠着排列的过程已不能使理论获得进展。由经验材料作为引导。研究者宁愿提出一种思想体系，它——般地是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本假定建立起来的。”（[1]，p.115），他进而指出：“适用于科学幼年时代的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法。”([1]，p.262)
三、爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接动因
只是在广义相对论建立之后，爱因斯坦才把探索性的演绎法作为一个方法论原则从理论上加以论述。可是，早在创立狭义相对论时，他就在研究中大胆运用这一科学方法了，并在思想上对它已有比较深刻的认识。促使爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接原因有两个：其一是赫兹、玻耳兹曼、彭加勒等人的思想影响，其二是当时的物理学现状使得他不能不那样做。
在联邦工业大学期间(1896~1900)，爱因斯坦自学了赫兹、玻耳兹曼等科学大师们的著作。赫兹在他的名著《力学原理》(1894)中试图重构力学，为此他仅利用空间、时间和质量三个原始概念。赫兹的力学体系建立在通过科学家个人的“内在直觉规律”从经验引出的公理之上，它能够导出经验预言。赫兹认为“内在直觉规律”的功能像“康德意义上的先验判断”一样，并且声称他的力学重构是演绎系统，与牛顿的《原理》(全称《自然哲学的数学原理》)有许多相同的风格。在这个公理体系中，我们可以推演出与我们的观察记录相对照的可检验的结论，依据该结论与可观察的世界一致还是不一致，来决定这个体系是否正确。尽管爱因斯坦不赞同赫兹的隐质量概念和“把自然现象追溯到力学的主要定律”
的长远目标，但是赫兹强调公理描述的威力却给他留下了深刻的印象。这种公理描述与其说在经验材料上预言理论结构，倒不如说在公理和直觉上预言理论结构。
爱因斯坦也自学了玻耳兹曼的《力学讲义》(1897)。在该书中，玻耳兹曼把力学作为物理学的核心，爱因斯坦当然不会同意这种看法的。但是，玻耳兹曼重构力学的方法的下述特点，一定会强烈地震撼爱因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力学原理的不明晰性，在我看来不是同时以假设的智力图像为起点而得到的，而是从一开始就以与外部经验相联系的尝试而得到的。”([2]，p．127)玻耳兹曼的意思很清楚：力学原理的不明晰，在于经验归纳，而不在于智力图像。玻耳兹曼的“智力图像”概念比赫兹的“外部对象的图像或符号”更自由，爱因斯坦可能山此注意到，力学的发展已使原理凌驾于经验材料之上。
彭加勒在《科学与假设》(1902)中对约定主义的论述，对爱因斯坦的探索性的演绎法的形成必定大有裨益，爱因斯坦在“奥林比亚科学院”时期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研读过这本脍炙人口的畅销名著。彭加勒通过对数理科学的基础进行了敏锐的、批判性的审查和分析后得出：几何学的公理既非先验综合判断，亦非经验事实，它们原来都是约定。物理学尽管比较直接地以经验为基础，但它的一些基本原理也具有几何学公理那样的约定特征。例如惯性原理，它不是先验地支配我们的真理，否则希腊学者早就知道它了，它也不是经验的事实，因为人们从来也不能用不受外力的物体做实验，因而无法用实验证实或否证它。经过最终分析，它们化归为约定或隐蔽的定义。因此，彭加勒得出结论说：在数学及其相关的学科中，“可以看出自由约定的特征”;他进而指出：“约定是我们的精神的自由活动的产品”，“我们在所有可能的约定中进行选择时，要受实验事实的引导;但它仍是自由的，只是为了避免一切矛盾起见，才有所限制。”
彭加勒在考察了物理学的理论后认为，物理学有两类陈述——原理和定律。定律是实验的概括，它们相对于孤立的系统而言可以近似地被证实，原理是约定而成的公设，它们是十分普遍的、严格真实的，超越了实验所及的范围。彭加勒还阐述了约定主义的方法论意义。他说，当一个定律被认为由实验充分证实时，我们可以采取两种态度。我们可以把这个定律提交讨论，于是，它依然要受到持续不断的修正，毋庸置疑，这将仅仅以证明它是近似的而终结。或者，我们也可以通过选择这样一个约定使命题为真，从而把定律提升为原理。在彭加勒看来，经典力学和经典物理学的六大基本原理(迈尔原理即能量守恒原理、卡诺原理即能量退降原理、牛顿原理即作用与反作用原理、相对性原理、拉瓦锡原理即质量守恒原理、最小作用原理)就是这样形成的。
彭加勒提出约定主义并不是无缘无故的。在近代科学发展的早期，弗兰西斯•培根提出了经验归纳的新方法，这种方法对促进近代科学的发展起了巨大的作用，但后来却助长了狭隘经验事义的盛行。到19世纪，以惠威尔、穆勒为代表的“全归纳派”和以孔德、斯宾塞为代表的实证主义广为流行，把经验和归纳视为唯一可能的认识方法。到19世纪末，第二代的实证主义的代表人物马赫更是扬言要把一切“形而上学的东西”从科学中“排除掉”。另一方面，康德不满意经验论的归纳主义的阶梯，他把梯子颠倒过来，不是从经验上升到理论，而是以先天的“感性直观的纯形式”(时间和空间)和先天的“知性的纯粹概念或纯粹范畴(因果关系、必然性、可能性等十二个范畴)去组织后天经验，以构成绝对可靠的“先验综合知识”。彭加勒看到，无论是经验论还是先验论，都不能圆满地说明科学理论体系的特征。为了强调在从事实过渡到原理时，科学家应充分有发挥能动性的自由，他于是提出了约定主义。约定主义既要求摆脱狭隘的经验论，又要求摆脱经验论，它顺应了科学发展的潮流，反映了当时科学界自由创造、大胆假设的要求，在科学和哲学上都有其积极意义。
《科学与假设》一书对爱因斯坦的印象极深，他和同伴们花了好几个星期紧张地读完了它。爱因斯坦坦率地承认彭加勒对他的直接影响。他赞同“敏锐的深刻的思想家”彭加勒的约定主义观点，认为概念和公理是思维的自由创造，是理智的自由发明。他这样说过：“一切概念，甚至那些最接近经验韵概念，从逻辑观点看来，……都是一些自由选择的约定，……([1]，p．6)
一开始，爱因斯坦也对洛伦兹的电子论（是1895年的论文，而不是1904年的电子论的最终形式）发生过兴趣，这是一种构造性的理论。可是不久，他从普朗克的量子论中看到，辐射具有一种分子结构。这是同麦克斯韦理论相矛盾的，而且麦克斯韦理论也不能导致出正确的辐射压涨落。爱因斯坦在“自述”中谈到了他当时的转变：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首创性工作以后不久，这类思考已使我清楚地看到：不论是力学还是热力学(除非在极限情况下)都不能要求严格有效。渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。我努力得愈久，就愈加绝望，也就愈加确信，只有发现一个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果。”([1]，p．23)从此时起，爱因斯坦就断然决定用探索性的演绎法来解决问题。
四、爱因斯坦的探索性的演绎法的特色
作为科学推理的演绎法，可以说是源远流长了。早在古希腊时代，著名的哲学家、形式逻辑的创始人亚里士多德就提出了归纳和演绎这两种逻辑方法，并认为演绎推理的价值高于归纳推理。而古希腊名声最大的数学家欧几里得，在《几何原本》中把几何学系统化了，这部流传千古的名著就是逻辑演绎法的典范。牛顿在建立他的力学理论体系时虽然运用了归纳法，但其集大成著作《原理》的叙述方法却采用的是演绎法。爱因斯坦的探索性的演绎法绝不是这种古老的演绎法的简单照搬。他根据自己的科学研究实践，顺应当时理论科学发展的潮流，对演绎法作了重大发展，赋予了新的内容。也许是为了强调他的演绎法与传统的演绎法的不同，他在“演绎法”前面加上了限制性的定语——“探索性的”，这个定语也恰当地表明了他的演绎法的主要特征。与传统的演绎法相比，爱因斯坦的探索性的演绎法是颇有特色的。这主要表现在以下三个方面。
第一，明确地阐述了科学理论体系的结构，恰当地指明了思维同经验的联系问题，充分肯定了约定在建造理论体系时的重要作用。爱因斯坦把科学理论体系分为两大部分，其一是作为理论的基础的基本概念和基本原理，其二是由此推导出的具体结论。在爱因斯坦看来，那些不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假设，是理论体系的根本部分，是整个理论体系的公理基础或逻辑前提。它们实际上“都是一些自由选择的约定”;它们“不能从经验中抽取出米，而必须自由地发明出来”([1]，pp．6，315)。谈到思维同经验的联系问题时，爱因斯坦说：直接经验ε是已知的，A是假设或公理，由它们可以通过逻辑道路推导出各个个别的结论S;S然后可以同ε联系起来(用实验验明)。从心理状态方面来说，A是以ε为基础的。但是在A和ε之间不存在任何必然的逻辑联系，而只有通过非逻辑的方法——“思维的自由创造”(或约定)——才能找到理论体系的基础A。爱因斯坦明确指出：“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系。它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的。而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据(真理内容)在于导出的命题可由感觉经验来证实，而感觉经验对这基础的关系，只能直觉地去领悟。进化是循着不断增加逻辑基础简单性的方向前进的。为了要
进一步接近这个目标，我们必须听从这样的事实：逻辑基础愈来愈远离经验事实，而且我们从根本基础通向那些同感觉经验相联系的导出命题的思想路线，也不断地变得愈来愈艰难、愈来愈漫长了。”([1]，p．372)
第二，大胆地提出了“概念是思维的自由创造”、“范畴是自由的约定”([1]，pp．407，471)的命题，详细地阐述了从感觉经验到基本概念和基本原理的非逻辑途径。爱因斯坦指出，象马赫和奥斯特瓦尔德这样的具有勇敢精神和敏锐本能的学者，也因为哲学上的偏见而妨碍他们对事实做出正确的解释(指他们反对原子论)。这种偏见——至今还没有灭绝——就在于相信毋须自由的构造概念，事实本身能够而且应该为我们提供科学知识。这种误解之所以可能，是因为人们不容易认识到，经过验证和长期使用而显得似乎同经验材料直接相联系的那些概念，其实都是自由选择出来的。爱因斯坦认为，物理学家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”([1]，p，102)
为了从经验材料中得到基本原理。除了通过“以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”外，爱因斯坦还指出可以通过“假设”、“猜测”、“大胆思辨”、“创造性的想像”、“灵感”、“幻想”、“思维的自由创造”、“理智的自由发明”、“自由选择的约定”等等。不管方法如何变化，它们都有—个共同点，即基本概念和基本原理只能通过非逻辑的途径自由创造出来。这样一来，基本概念和基本原理对于感觉经验而言在逻辑上是独立的。爱因斯坦认为二者的关系并不像肉汤同肉的关系，而倒有点像衣帽间牌子上的号码同大衣的关系。也正由于如此，从感觉经验得到基本概念和原理就是一项十分艰巨的工作，这也是探索性的演绎法的关键一步。因此，爱因斯坦要求人们“对于承担这种劳动的理论家，不应当吹毛求疵地说他是‘异想天开'''';相反，应当允许他有权去自由发挥他的幻想，因为除此以外就没有别的道路可以达到目的。他的幻想并不是无聊的白日做梦，而是为求得逻辑上最简单的可能性及其结论的探索。”([1]，pp.262~263)
关于爱因斯坦所说的“概念是思维的自由创造”和“范畴是自由的约定”，其中的“自由”并非任意之谓，即不是随心所欲的杜撰.爱因斯坦认为，基本概念和基本原理的选择自由是一种特殊的自由。它完全不同作家写小说时的自由，它倒多少有点像一个人在猜一个设计得很巧妙的字谜时的那种自由。他固然可以猜想以无论什么字作为谜底，但是只有一个字才真正完全解决了这个字谜。显然，爱因斯坦所谓的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理时思维方式的自由、它们的表达方式的自由以及概括程度高低的自由，—般说来，它们包含的客观实在的内容则不能是任意的。这就是作为反映客观实在的人类理智结晶的科学之客观性和主观性的统一。诚如爱因斯坦所说：“科学作为一种现存的和完成的东西，是人们所知道的最客观的，同人无关的东西。但是，科学作为一种尚在制定中的东西，作为一种被迫求的目的，却同人类其他一切事业一样，是主观的，受心理状态制约的。”([1]，p．298)
第三，明确地把“内在的完备”作为评判理论体系的合法性和正确性的标准之一。在爱因斯坦看来，探索性的演绎法就是在实验事实的引导下，通过思维的自由创造，发明出公理基础，然后以此为出发点，通过逻辑演绎导出各个具体结论，从而构成完整的理论体系。但是，评判这个理论体系的合法性和正确性的标准是什么呢?爱因斯坦晚年在“自述”中对这个问题作了纲领性的回答([1]，pp．10～11)。他认为，第一个标准是“外部的证实”，也就是说，理论不应当同经验事实相矛盾。这个要求初看起来似乎十分明显，但应用起来却非常伤脑筋。因为人们常常，甚至总是可以用人为的补充假设来使理论同事实相适应，从而坚持一种普遍的理论基础。但是，无论如何，这种观点所涉及的是用现成的经验事实采证实理论基础。这个标准是众所周知的，也是经常运用的。有趣的是爱因斯坦提出的第二个标准——“内在的完备”。它涉及的不是理论同观察材料的关系问题，而是关于理论本身的前提，关于人们可以简单地、但比较含糊地称之为前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“逻辑简单性”。也就是说，这些不能在逻辑上进一步简化的元素要尽可能简单，并且在数目上尽可能少，同时不至于放弃对任何经验内容的适当表示。这个观点从来都在选择和评价各种理论时起着重大的作用，但是确切地把它表达出来却有很大困难。这里的问题不单是一种列举逻辑上独立的前提问题(如果这种列举是毫不含糊地可能的话)，而是一种在不可通约的质之间作相互权衡的问题。其次，在几种基础同样“简单”的理论中，那种对理论体系的可能性质限制最严格的理论(即含有最确定论点的理论)被认为是比较优越的。理论的“内在的完备”还表现在：从逻辑的观点来看，如果一种理论并不是从那些等价的和以类似方式构造起来的理论中任意选出的，那么我们就给予这种理论以较高的评价。
爱因斯坦看到了“内在的完备”这一标准不容忽视、不可替代的特殊作用。他指出，当基本概念和基本原理距离直接可观察的东西愈来愈远，以致用事实来验证理论的含义就变得愈来愈困难和更费时日的时候，“内在的完备”标准对于理论的选择和评价就一定会起更大的作用。他还指出，只要数学上暂时还存在着难以克服的困难，而不能确立这个理论的经验内涵：逻辑的简单性就是衡量这个理论的价值的唯一准则，即使是一个当然还不充分的准则([1]，pp.12、501)。爱因斯坦的“内在完备”标准在某种程度上是不可言传的，但是它在像爱因斯坦这样的具有“以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”的人的手中，却能够有效地加以运用，而且预言家们在判断理论的内在完备时，它们之间的意见往往是一致的。
在爱因斯坦创立狭义相对论和广义相对论的过程中，充分地体现了探索性的演绎法的这三个特色。前面我们已简单地涉及到这一点，这里我们只谈谈爱因斯坦从“内在的完备”这一标准的角度是如何对自己理论进行评价的。1906年，当德国实验物理学家宣称，他在1905年完成的关于高速电子(β射线)质量和速度关系的数据支持亚伯拉罕和布赫尔的“刚性球”电子论，而同洛伦兹-爱因斯坦的理论(电子在运动方向的直径会随速度的增加而收缩)不相容，彭加勒立即发生了动摇，认为相对性原理不再具有我们先前赋予它的那种重要的价值。洛伦兹表现得更是十分悲观，他在1906年3月8日致彭加勒的信中说：“不幸的是，我的电子扁缩假设同考夫曼的新结果发生了矛盾，因此我必须放弃它，我已到了山穷水尽的地步。在我看来，似乎不可能建立起一种要求平移对电学和光学现象完全不产生影响的理论。”([2]，p．334)爱因斯坦的态度则截然相反，他对自己的理论的“内在的完备”抱有信心。他在1907年发表的长篇论文中指出：考大曼的实验结果同狭义相对论的“这种系统的偏离，究竟是由于没有考虑到的误差，还是由于相对论的基础不符合事实，这个问题只有在有了多方面的观测资料以后，才能足够可靠地解决。”他认为“刚性球”电子论在“颇大程度上是由于偶然碰巧与实验结果相符，因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象的理论体系得出来的。”正由于狭义相对论的理论前提的简单性大，它涉及的事物的种类多，它的应用范围广，它给人的印象深，所以爱因斯坦才对自己的理论坚信不疑，要知道当时还没有确凿的实验事实证实这种具有思辨性的理论。谈到广义相对论的“内在的完备”，爱因斯坦说：“这理论主要吸引人的地方在于逻辑上的完整性。从它推出的许多结论中，只要有一个被证明是错误的，它就必须被抛弃，要对它进行修改而不摧毁其整个结构，那似乎是不可能的。”([1]，p．113)他甚至说过这样的话：当1919年的日蚀观测证明了他关于光线弯曲的推论时，他一点也不惊奇。要是这件事没有发生，他倒会是非常惊讶的。
探索性的演绎法是爱因斯坦的主导哲学思想——唯物论的唯理论——的一个重要组成部分。可贵的是，爱因斯坦在这里并没有排斥或漠视经验归纳法在科学中的地位。一方面，他认为纯粹思维可以把握实在;另一方面，又认为从来也没有一种理论是靠纯粹思辨发现的，他对构造性的理论也给予了较高的评价。爱因斯坦敢于正视矛盾的两极，在唯理论和经验论之间保持了一种微妙的、恰如其分的平衡，这正是他的高明之处。他提出的探索性的演绎法，只是强调“要大胆思辨，不要经验堆积”罢了，这是理论科学在20世纪发展的必然趋势，爱因斯坦则是率先表达了这一时代要求。
参考文献
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经典力学的相对性原理范文4
[关键词]能量守恒 相对论 物质 能量
中图分类号：O412.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0279-04
基本原理：（时空能量守恒）要研究世界，我们就研究最基本运动：匀速圆周运动。根据牛顿经典力学我们知道，小球想要在真空内做匀速圆周运动，没有向心力是不可能的。有了向心力后，力又与速度方向永远垂直。可是力是什么，速度又是什么呢？我们只是看到了物体的表象，却还没有看到实质。世间万物都是能量，力的产生和相互作用需要能量，无论是生物的生物能还是其他，速度是动能的表现，物体内部原子分子的内能，光、热、电万物，所以能量守恒是宇宙真理。
要研究还要建立正确的参照系，即坐标。我们从小习惯在纸上建立坐标，从二位的直角坐标到三维的空间直角坐标系再到四维的时空直角坐标系，是习惯也是方便表示和计算。可是真的时空坐标系一定是直角吗？很显然未必，地球尚且不平，地球自转尚且还有黄赤交角。广义相对论中，引力场的畸变考虑在时间和空间中的点之间的距离会变化，导致时空的变化，就像波浪一样，时空背景弯曲，曲张率不为零。可是在建立的空间直角坐标系很难看出时间和空间的关系，一代天才物理学家潜心致力于数学家做的计算之中，产生误差后又计算，现在的理论是时间与我们所在的空间平行，可是还是摆脱不了传统习惯。所以建立正确的时空坐标系可以让我们的世界更清晰。
宇宙能量转动原因：
那能量为什么会绕O转动呢？原因基本有两种可能：①宇宙中心有一个巨大能量在以时间轴自转，如同地球绕着太阳转一样。②在任意物质能量轴对面有一个相反的大小相同的同一轴的能量，即有一个如同镜子相反的世界，如同双子星运动。假使只有①，那能量很可能不均匀，像原子一样，不仅外部的电子会不稳定，内部所需要的是对正反物质的两种引力，也需要正反能量，那内部物质能量也可能不稳定，宇宙可能就无法像现在这样相对稳定了。②的假设相对更符合现在的实际，但②加上①的假设更能合理解释为什么存在时间轴了，宇宙中心存在两种巨大且大小相等对称的正负能量，能量沿对称轴自转产生了时间轴，带动世界，而宇宙中心的能量在变化时产生了一个面就是面OAB。
人类的视觉：
视觉系统从眼睛开始，人们常把眼睛与照相机做比较，眼睛好比一架固定在可旋转地三脚架上得摄像机，三脚架会自动地让摄像机对准令人感兴趣的地方进行拍摄。眼睛中的晶状体好比照相机的镜头，将进入的光聚集成光束，投射到类似胶片的视网膜上。视网膜的厚度只有四分之一毫米，却由数层神经细胞组成。1.25亿个光感受器负责接受射入的光，将其转换成生物电信号，再继续向视觉功能区传递。传递给负有专门任务的神经细胞，这些细胞将我们眼睛所见的图像特征化。有些神经元对枝干的垂直轮廓线敏感，另一些则是在看到横向轮廓线时才发出脉冲，还有些对花朵的黄色或叶瓣的绿色做出反应。如果带上偏振眼镜，双眼看到光波能量的运动方向不同，双眼画面信息融合后，加深视觉的立体呈像，出现“立体图”这也同时说明每只眼睛可能只对一种偏振感觉强烈；即视觉皮层中的眼优势柱与方位柱的同时视觉皮层中方位选择性敏感柱的组构方式。（4）有些动物于是具备了三维呈像功能，如猫头鹰。反物质和负能量：
那么到底有没有反物质呢？在粒子物理里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的。1932年由美国物理学家卡尔.安德森在实验室中证实了正电子的存在，随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子，欧洲核子研究中心的科学家成功制造出了8个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。
其实，正如中国太极所说的阴阳相济。“一阴一阳之谓道”的内涵首先是在继承了？易经？阴阳八卦的思维模式中形成的。“易”字本身就含有阴阳变化的意思。而《易经》的卦象结构，表明这是基于对世间万物阴阳两种对立力量符号化的抽象后所构建的思维模式。阴阳爻代表的既对立又统一的两个相反相成的方面成为《易经》卦象结构与思想内涵的基础与核心。与此同时《易经》的太极阴阳思想和理论。老子在《道德经》里提出了“万物负阴而抱阳”的阴阳哲学本体观，指出“万物负阴而抱阳”是宇宙构成的最根本的要素和规则，也就是说老子认为世界万物就是阴阳构成的。（7）
反物质就是原子核质子内的夸克，与外面有相反的能量，成正电荷，中子内包含负能量，转化时中子放出能量使质子变化，夸克反包含了原子核和电子并吸收外界的正能量成为新的“反中子”。正物质变为反物质吸收我们所感到的正能量，放出负能量，就像黑洞。反物质变为正物质放出能量，就像恒星。正反中子在平时稳定原子核，周期释放。（虽然现在没被证实，人们总是相信眼见为实，但是生命与无生命的物体本质区别是生命正物质或反物质中的一种多了许多，且可以吸收自然界的能量，而我们的视网膜是感应正物质的，所以反物质只能在磁场中测，它成正电性。可以解释世界上一切现象和问题了。）
光是在带电物质振动时产生的，但它本身却不带电荷，它是一种特殊的物质，反光由反物质电荷振动时产生，它和光是一样的。反物质世界是由与我们自己的世界一样的光照亮的。（8）
恒星为什么能释放能量，而且用的是氕，而地球相对稳定，原子中质子数和中子数差不多。因为没有中子的原子不稳定，中子与质子能量近乎相等才可以提供转化的能量，正物质与正物质之间为斥力，正物质与反物质表现为引力，就是俗称的万有引力，正反能量相结合会湮灭。
人们其实对正反物质的利用已经很多了。生理上：物质的消化吸收等：能源上：氢核反应，重核裂变等；在化学工业上等：由于同位素性质相近，不同质子数分为各种元素性质不同，制造了不同的东西等；生活里各种东西的燃烧腐蚀等；电器业：电流，电磁；物理学的张力等等，一切都在显示能量的创造力，几乎无所不在。
能量的真正面目：
能量无干扰是绕宇宙中心转动，但可以发生转移，吸收，譬如弹簧的拉升与收缩，势能与动能的转移。
速度是能量重要的表现形式，通过物质表现，作用于物质，可以发生改变，但物质总能量不变。于是把能量在时间方向上的不同方向区分了正负能量。
向宇宙中心，能量趋于偏大，元素序数变大，我们元素是从质子数为1的氢开始，说明离中心还很远，元素序数越小，能量越小，转化周期越大，有利于生物遗传和存在。恒星是生命的保姆，它用氢作为燃料能长久得给生命提供所需要的能量，也是产生大引力的主要贡献者。
在特定条件下，物质能够转化为能量，能量也会转化为物质。当较大的原子分裂成为较小的原子（原子裂变），或较小的原子结合成较大的原子（原子聚变）时，物质就变成为能量。大数学家和物理学家爱因斯坦通过以下公式计算了物质消失时所放出的能量：E=mc^2式中E所代表所获得的能量，m代表所失去的质量，c代表光速一每秒约为186000英里。该公式也同样适用于能量转化为物质的情况。运动着的粒子的质量，即它所包含的物质的多少，与其速度成正比，这就意味着，（所增加的能量表现为所增加的速度）被转化成了质量。质量的这一变化在运动物体的速度接近光速时变得十分显著了。（9）
初步结论：
宇宙能量都在整体转动，相对应的无论星系，星云，星球都在整体转动，包括核外电子，原子带动星体叫自转，恒星带动行星叫公转。由于我们感受不到时空层的穿越，越大物质转速越慢，轨道椭圆，星体之间能量作用很复杂，地球绕太阳比水星慢，月亮又差不多能每天出现，这和轨道有关，实际上无论是质量的差异还是轨道和速度，追其根源还是能量比的问题。相比较而言核外电子受到的束缚少了许多，更接近了光在这个时空层的最大速度3×10^8m/s，但电子能量一般比光子大，而且有其他电子的干扰轨道呈电子云分布。排除干扰不难发现相比较而言假设我们在M点；我们的认知就是M点的能量在时空层OAC的投影，我们感受到的空间就是M点能量在OC方向上的投影，我们自己也是投影，时间是M点的能量在OA方向上的投影。其实总能量没有变化，根据通过D、E点的时候投影的时间矢量方向变化，产生了完全不同的正反物质，于是我们又得到了世界的又一个真理：
第二条真理：
能量产生了物质，物质也可以转化为能量，能量的变化会影响物质的性质于是宇宙膨胀理论也要斟酌一下了。
不能达到光速论：
爱因斯坦说过：“我们不可能达到光速。”显然我们需要重新斟酌一下。在当前时空层内，光子是最小的正物质，如果超过光速就意味着该物质投影能量大于其本身能量，这是不可能的，就算是光也不能。现在提出一种“快子”能超过光速，只是需要补充能量，这相当于把多个运动员得能量加到了一个人身上，这样的比赛还有什么意思，所以现在还可以说最快是光速，这些当然是在我们眼中。
一些推论：
这三个轴中只有时间轴不变，宇宙的半径很大，我们运动的圆形平面与时间轴是有夹角的。时间的长短，空间的大小也有周期性变化。稳定的只受恒星万有引力运动的行星运动轨道近圆，只是我们看到为椭圆，我们物质存在时间也会经历变短变长的循环，只是半径大变化不明显。（例如：日本地震使地球时间减少）我们在时空层上匀速缓慢来回运动，我们时空层此时能量的变化是，如图。由于我们处于的半径很大，宇宙位置变化不明显，正反物质相互转化的能量近乎守恒。
时空层能量图大致是：（见图5）
时空弯曲和时空穿越：
设想在引力场中不同位置的两个观测者，一个在地面上，一个在地面，一个在塔顶。地面的观测者每秒向塔顶的观测者发一个光脉冲信号，塔顶的观测者测量两个信号到来的时间间隔―他们在比较时间流逝的快慢。结论：在一个光脉冲趋近塔顶时，一直在加速的观测者却越快的远离，因为光脉冲需要多一点时间到达塔顶的观测者。时间像是对两个观测者都坐着不动，他们也看到时间的不同流逝。（11）
时空穿越理论上是一定可以的，只要物体达到一定速度，因为时空的三个轴在此刻都是矢量。在空间上的能量变化就是体现为速度，加速后能量向空间方向偏移，时间就缩短了。粒子加速器就是很好的说明，只是这还是小速度的变化，感觉不明显。
电磁波和纵波：
还有另一种东西不是原子结构的物质，广义相对论也不能很好解释，但把它放到宇宙能量的角度还是能很好的说明。十九世纪中叶，麦克斯韦建立了电磁波理论，预言并证实了电磁波的存在，光波也属于电磁波，其实电磁波也是能量，不同的波长表示不同的能量，光是最快的电磁波，因为它和我们此刻平行于该空间层，不平行时就出现了波长不同的波，也是正物质的一种，且是最小的正物质。恒星放出光，同时也在吸收“反光”，黑洞吸收光，同时也在放出“反光”。
根据麦克斯韦的理论：光波实质上是一种臆想的媒质以太的状态的总和，这种媒质是无处不在的，在没有辐射的时候也是如此。由此可以假设，这种媒质的运动必然会影响到光现象和电磁现象。光速不变原理，是能够同相对性原理协调起来的。这样，我们就得到了一个为这两条原理无歧义地决定的新的坐标变换方程。A的密度由于生物的活动和自然活动如降雨等等，B的密度由于风化腐蚀氧化等原因，A的密度比B大，假设在AB接触面附近密度各自均一，那么就可以把它们看做两种不同物质，即A的元素序数比B大，那两者正反物质转化时间也不同，地壳有充足的正能量补充如阳光，使得物质平衡向吸收正能量的反物质方向偏移，由于A密度大，转化周期快，于是AB转化周期产生了一个时间差，当时间差达到最大时，即A产生了大量的反A，B产生了大量反B，中间有了一大段空隙，堆积了反物质，反物质之间斥力较大，且被挤压，A于是脱离地面，但由于A能量大，只是小脱离，但很慢，几乎察觉不到。反物质放出，产生磁场变化，因为磁也是正负能量的变化，地震开始可以被测到，有的生物可以感应到了。
地磁场的极性无疑地是发生着周期性的变化。反向的全球性和同时性表明了这一点，特别是火成岩和沉积岩尽管获得剩余磁性的方式及确定年龄的方法不同，但观测到的极性变化时期却是一致的。地磁场极性变化的进一步证据是过渡带内的方向特性，以及含有根本不同矿物的火成岩及其接触带之间极性的一致性。再者，岩石的极性几乎毫无例外地归因于使它获得剩余磁性的地磁场的极性，从而能以确定岩石在已知极性序列中位置的方法来确定岩石的年龄，推到更古老的地质时代有过磁性变化。（17）
结束语
科学就是用最简洁的最有力的语言解释宇宙万物和谐的一切。
参考文献
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