经典力学中质点的属性

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唯物主义哲学认为：时间、空间是运动着的物质的存在形式，既没有脱离物质的时空，也没有脱离时空的物质。根据唯物主义关于时空的论述，物理学中人们对物体运动状态的描述，就应包含有对物体自身时空特性的描述。物体的运动状态是由物体间的相互作用决定的，但描述物体运动状态的自然定律，物体在时空中表现的形象特征，都必须通过人类的观察发现。观察需要观测信号和观测仪器。现今人类能利用的场信号有四种：电磁场（光）、引力场、弱力场、强力场。因此，人类认识的物体运动状态及物体在时空中表现的形象特征，必然带有上述四种场的烙印，必然随场的作用性质、作用强弱和作用速度的变化而变化。

按照物理学的理想化方法，如果物体的线度在所研究的问题中不起作用，或所起的作用可忽略不计，我们就可以近似地把物体看作是一个没有形状和大小的理想物体，称作为质点。一般，物体质心所在位置就是质点所在位置。

牛顿的三大定律构成了牛顿力学的基础，而牛顿三大定律又都是以质点为研究对象的，可以说，牛顿力学就是质点力学。质点无大小，谈不上时空形象。人类在观察运动物体，总结运动规律时，凡涉及到物体自身时空特性的变化全都忽略不计。牛顿力学中，物体在时空中的运动状态，只能由质点的动量、能量及其运动轨迹决定。

从数量上定量确定物体相对参照物的位置或位置随时间的变化，需要在参照物上选用一个固定的坐标系。我们常在参照物上选定一点作为坐标系的原点。通过原点标明长度的线就是坐标轴。

牛顿力学中，物体被简化为质点，因此，当把坐标系建于物体之上时，常常是表明物体的质点就是坐标系的原点。参照物的运动、坐标系的运动、质点(原点)的运动等价。这时，物体相对于参照物的运动，也可抽象为质点相对于坐标系的运动。

然而，任何具体物体都绝不会是质点。只要物体不是质点，当我们用某种场信息去观察它时，物体自身的时空特征，必然与物体的运动状态及与观察使用的场信息的性质、强弱和作用的传播速度相关。但在牛顿力学中，人们在建立力学体系时，在从参照物到坐标系的抽象中，根据质点力学的原则，物体自身的几何形象及运动中形象的变化都全部抽掉，任何物体都变成了质点，没有了时空形象。这表明，牛顿力学中完全忽略了运动及观察中使用的场信息对物体时空特征的影响。坐标系是建于物体之上的，抽掉运动及观察信号对参照物时空特性的影响就是抽掉运动及观察信号对坐标系时空特性的影响。因此，牛顿力学中坐标系的运动及观察信号对时空没有影响。客体可以从背景时空中分离出来，与背景时空无关。这也是牛顿力学中“质点”模型对时空绝对性的逻辑要求。可见，牛顿力学中“质点”的意义远远超出了其最初的意义。

必须特别指出，牛顿力学中，在对物体作质点抽象时，一方面，代表物体的质点在运动中具有确定的动量、能量、位置和时间；另一方面，质点和时空点重合，因此牛顿力学中质点的运动在时空中有确定的运动轨迹。

作者注：本文摘于《论经典力学与量子力学中质点的属性》赵国求,科技导报,2003.

来源：赵国求科学网博客，作者：赵国求。