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1 # 科學大爆炸OS
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2 # 光陰籽
雖然牛頓三定律是很基礎、應用很廣的物理定律,但是很遺憾,在現代科學中,牛頓三定律,是無法直接推匯出氫氣和氧氣的化合反應的。
主要有兩個原因:
牛頓運動定律適用範圍有限牛頓力學體系屬於經典力學,只適用於宏觀物體和低速運動情況。
相對論是比牛頓力學更完備的理論,不僅適用於高速運動的情況,也能處理低速運動的情況。在低速運動下,牛頓力學的計算結果,和相對論的計算結果十分接近。但是對於告訴運動的情況,必須使用相對論來計算。
但相對論僅僅適合於宏觀物體。
對於微觀世界的物質運動,比如分子、原子、電子、質子、中子、夸克、中微子、介子等等的運動規律,必須用量子力學來描述。也就是說,量子力學是處理微觀世界的物理學理論。
相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱。自然界有四種基本力,引力用相對論來描述,電磁力、強力、弱力用量子力學來描述,但是相對論和量子力學一直沒辦法統一。包括愛因斯坦在內的無數科學家,為了尋找能統一宏觀世界和微觀世界的“萬有理論”,付出了艱苦的努力,但一直沒有成功。
目前,弦理論的加強版,也就是有11個維度的M理論,是最有可能成為萬有理論的。但是M理論只是一種數學框架,在實證研究方面遇到了巨大的挑戰。
尋找萬有理論,是物理學的最高目標,一旦實現這一目標,人類就能一窺宇宙的終極。
還原論有侷限性那一旦建立了這種終極的萬有理論,是不是就能推匯出所有的科學規律了呢?比如,是不是可以直接從M理論出發,直接推匯出氫氣和氧氣能夠化合生成水?
依然並不能。
現代自然科學受還原論的影響很深。物理學研究的是物質世界普遍的規律,宏觀物質可以被還原為分子,分子可以被還原為原子,本來以為原子已經是最基本的粒子了,結果發現原子可以還原為原子核和電子,原子核還可以被還原成中子和質子。甚至,質子和中子還可以被還原成夸克。
類似的,研究一種生物,比如人,也可以逐漸被還原。人體由八大系統組成,每一個系統又是由不同器官組成,器官又是由細胞組成,細胞又由各種亞細胞結構,比如線粒體、細胞核、核糖體、內質網等等組成,亞細胞可以繼續被還原成有機大分子和無機物,比如蛋白質、核酸、水、無機鹽,等等。
可以發現,生物學可以被還原為物理學和化學,化學可以被還原為物理學。
類似的,社會是由家庭和各種實體組成的(比如政府、企業、事業單位),家庭和社會實體又是由人組成的。那這樣一來,社會學最後被還原為了生物生。
遺憾的是,還原論雖然給人類思想帶來了巨大的成就,但並不是萬能的。
宇宙萬物有無數個層級,每個層級都有各自的規律,這些規律中的大部分,並不能由更低層級的規律直接推到出來。
這也就是現代科學包含無數個學科的原因,這些學科無法相互替代。
所以,氫氣和氧氣化合生成水,就是一條化學規律而已。這條規律是由法學家發現的,不能從物理學定律簡單推匯出來。
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你問的這個問題很有意思,我試著來回答一下。我們先了解一下牛頓三定律:
牛頓第一定律,任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態,直到外力迫使它改變運動狀態為止。牛頓第三定律,兩個物體之間的作用力和反作用力,總是同時在同一條直線上,大小相等,方向相反。牛頓第二定律,物體的加速度跟物體所受的合外力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。透過牛頓三定律,我們可以知道什麼呢?
牛頓第一定律這是告訴了我們世界原本的樣子。世界原本的樣子是啥樣的?所有的物體都保持勻速直線運動或靜止狀態。牛頓第三定律到底說了啥?它揭示了力的本質。力的本質是啥?力的本質就是相互作用。因為力就是相互作用,才有作用力和反作用力一說。既然世界是牛頓第一定律描述的樣子,為啥我們現實世界看不到?因為我們現實世界充滿了各種力,這些力改變了世界原本的樣子。我們不禁好奇力到底對物體做了什麼?物體的這種改變有什麼規律?牛頓第二定律給你答案。事物在一直做著各種狀態之間的改變,它的動力就是外力。外力克服了物體的慣性,物體的運動狀態就改變了。我們已經對牛頓三定律有了一個很好的認識,接下來讓我們試著用牛頓三定律來論證一下H2+O2變成H2O的全過程。
首先,我們借用牛頓第一定律,知道物體在受到外力之前會保持自己本來的樣子。所以H2就是H2,O2就是O2。其次,為什麼H2+O2變成了H2O?因為它受到外力,這個外力是啥?就是H2和O2的反應條件——點燃。並不是H2和O2放在一起就會變成H2O,只有點燃的條件下才能發生化學反應。然後,我們會好奇這個反應過程。H2和O2其實都是共價鍵化合物,什麼意思呢?那相當於我們生活中的合租,而且是同性合作。化學反應後形成的H2O,相當於原來合租的男女分別結婚了,而且它們還有了一個寶寶。