两个铁球究竟怎样落地

物理科学探疑-网友天空-系统观点-黄沅-两个铁球究竟怎样落地
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《两个铁球究竟怎样落地-牛顿力学竟然自相矛盾》

国际杰出专家黄沅

“物体不论体积大小、重量多少、物质成份如何，在同时、同地、同一高度向地球表面坠落，如果除去空气阻力（或真空中）其下落速度都是一样的。”这种运动被称为匀加速运动，也叫“自由落体运动”。
传说自由落体运动的理论是17世纪伽利略在比萨斜塔试验的结果，但据史料记载，年青时代的伽利略在比萨大学任教时并没真正实施这一试验，只是后来当了教授才在斜木板上做了铁球的滚动试验。然而，比萨斜塔试验的真相是，试验的那天早晨组织者站在斜塔上告诉围观的人们：“昨天晚上，反对派已经认输了，故试验今天不再进行。” 所以，有关比萨斜塔“两个铁球同时落地”的传说，却是后人以讹传讹长达400多年之久。

真正提出自由落体匀速运动理论的人是斯台文。在《自然科学史》一书中也有过这样的记载：“斯台文1586年出版一本论力学的书，否定了亚里士多德重物体比轻物体坠落得快的见解，该试验曾经被人错误地说成是伽利略做的……斯台文写道：‘让我们拿两只铅球，其中一只比另一只重10倍，把它们从9米高度同时丢下去，落在木板或可以发出清晰响声的物体上，那么我们就会知道轻铅球并不需要10倍于重铅球的时间，而是同时落到木板上，因为它们发出的响声听上去就像是一个声音’。”史书上记载这段话的来历，本是斯台文在矿井当工程师的时候，所做的历史上著名“深井试验”的结果。

从原理上讲“两个落体在地球的相同引力下，重物体坠落‘重量加速度’大，轻物体坠落‘重量加速度’小”。反之，人造卫星上天就是依据卫星的重量来计算运载火箭的大小。就是说“如果一磅重的铁球和十磅重的铁球能同时落地，那么一吨重的卫星和十吨重的卫星在相同运载火箭推动下也能同时上天”。所以，依照自由落体匀速运动的原理“两个落体能怎样能掉下来，那么两个物体也能怎样出去”。科学家们“斤斤两两”地计较卫星上天的重量，这岂不是脑子有了毛病？为此，自由落体究竟怎样落地，在400年后的今天引起了人们的质疑。

斯台文试验会使人们产生这样的看法：当两个重量不同的物体同时坠落井中，如果重量大的先和水面碰撞发出响声，那么随后紧跟重量小的则不会再和水面碰撞发出响声，因为重物体已先把水面砸成了凹形。所以，当两个重量不同的铁球从9米高度同时坠落到可以发出响声的物体上，其发出的声音也很可能只是一声。原由是：（1）、地球对落体引力太大，低空试验很难判别是哪个先落地。（2）、单凭响声判断不精确、也不科学，根本没有目测准确。（3）、重的先落下砸在能发出响声的物体上，轻的后落下却没砸在能发出响声的物体上。（4）、后落下的也许有响声，但和先落下的响声混为一体而听不到，听上去也只能像一声。

那么自由落体究竟怎样落地？从原理上讲，“重量大小取决于质量，有相对质量所发生的引力才会有相对的物体重量，没有引力就没有重量。”所以，物体质量大则引力大；引力大则重量大；重量大则冲量大；冲量大则加速度大；加速度大则发生的冲击力也就大，据此重物体应该先落地。同理，地球上物体的重量是两极大、赤道小；地面大、山顶小；不同纬度和不同高度其物体的重量和加速度均是不一样的，而重力的大小，则是具体表现为落体砸在地面上坑的大小与深浅。换言之，相同重量的物体对地面作用力（压力）相同，不同重量的物体对地面作用力（压力）不同。而落体不同现象的发生，仅在于把物体从地面拿到了空中，变物体成为落体，使其高度、重量及冲击力发生了变化。

据上可知“相同重量的物体在真空中坠落速度是相同的；不同重量的物体在真空中坠落速度是不同的。”也就是说：一公斤棉花和一公斤铁块，其物质成分不同，体积也不相同，但重量却是相同的，故在真空中下落速度是相同的；但一公斤棉花（或铁块）和十公斤棉花（或铁块），其物质成分相同，或体积也相同，但重量却不同，故在真空中下落速度也就不同，重的应该先落地。为进一步阐明自由落体究竟是怎样落地，我们不妨以事实再来举例：

当你使足全身的劲抛出一只鸡或一根毛时，你会发现“重鸡”抛的远，“轻毛”却扔不动。也许有人会说：“重物比轻物要扔的远，这是空气阻力造成的。”但是，我们可以用弹簧气枪来举例说明：当你用气枪打出一颗重的铅弹，这“重铅弹”会飞的很远，可是同样用这把枪射出一颗和铅弹体积大小相同的绿豆，这颗轻的“绿豆弹”就飞的不远，但其空气的阻力却是相同的。也就是说，“铅弹会穿透人的皮肉，而绿豆弹只能伤到人的表皮”。为什么弹簧的作用力相同，空气阻力也相同，体积大小也相同，但重铅弹却射的远，轻绿豆弹却射的近？为什么重的（大的）扔的远，轻的（小的）却扔不动呢？对这种现象在物理学上又做如何解释呢？

牛顿力学认为：给物体施以相同的力，重的扔不动，轻的却扔的远。用定律表达为“F=MA”，即“质量与加速度成反比”。据此，在地球引力不变前提下，无论是轻物体或重物体均应该是同时落地。为什么牛顿力学和上述现象会相互矛盾呢？然而，这关系到新量子力学与新运动力学及统一场论的原理，关系到能量、质量、重量、动量、冲量、重力{冲力}、动能、势能、功率、功能及作用力与反作用力的基本定义与定律。但人们却往往把这些物理量很难分的清，并错误的把一些物理量的基本定义和定律混淆，把动能和冲量也当成了力。然而，这些都是统一场论能够非常简单地能解答清楚的问题，但统一场论又长期被科学界视为“是几代科学家梦寐以求的幻想，是根本不可能实现的。”所以，这些问题也就成了古人和牛顿无法用定律表达，更没有能力解释清楚的难题。

从弹簧的动能会导致重铅弹比轻绿豆弹射的远，给我们有这样的启迪：在地球的相同引力下，若同时、同地、同一高度抛出两个重量不同，但两个体积大小相同的铁球，其空气阻力也是相同的（如同真空中），那么重铁球下落动能（冲量）就大，其加速度也应该大，重的应该先落地。

研究者在西安市百米高广电大楼做了抛物实验，其结果表明：各种不同重量的物体坠落速度是不同的，重的比轻的除去空气阻力坠落的速度要快的多。特别当同时抛出两个体积相同（空气阻力相同）重量不同的一个铁球和一个棒球时，铁球很快地砸到了地下，而棒球还在数十米的高空上“缓缓”下落。

可见，外国采用一米高真空箱测定一根鸡毛和一个铁球同时落地是不科学的（著名“铅毛试验”）。由于地球的引力巨大，用地球质量与落体重量达数亿倍差额的比值是不能和铁球与鸡毛数千倍的比值来等价衡量的（比值超过了光速），即使用光速也很难在短距离中去判别不同事件是同时发生的。同理，用斜木板测定两个铁球同时落地也是不科学的，因为斜板离地面距离太近，而地球的引力之大会使两个铁球滚落的速度看起来似乎均衡，但却不是事实。

为减小引力产生的重量加速度来证明自由落体究竟是怎样落地，我们也可以从月球上发生的事件来证实：在月球上，当宇航员跳起来其坠月的速度是非常缓慢的，但一颗陨石的坠月却是一瞬间发生（陨石坑也能证明）。伽利略在斜板试验时首先表明：“球在空中的自由落体特征和球沿斜面滚下相同，斜面作用能有效的减小‘重力加速度’并使其运动变的缓慢下来。”与其伽利略的斜板试验，那么还不如在水中试验，水能有效的减小“重量加速度”同时比斜板试验也来的更加均衡和可靠，但谁都知道：在水中重物体先沉底（落地）是无可非议的。所以，两个铁球究竟怎样落地？重的先落地，天经地义。

通常认为：F=M1M2/R2是牛顿的万有引力定律。但它却表达的是：“两物体的质量和引力成正比；引力和两物体距离的平方成反比。”该定律是说：“质量大则引力大，引力大距离就近。”万有引力告诉人们：“真空中重物体应该先落地”。

牛顿定律“F=MA”却说的是：“质量和加速度成反比，质量大则加速度就小，质量小其加速度就大。”在地球引力不变下，无论落体的重量、体积、物质成分如何均应该是同时落地。由于牛顿定律和万有引力定律是相互矛盾的。所以，牛顿决不会自己去打自己的脸，也不可能去推翻他自己的定律。为此，造成上述错误的主要原由在于以下方面：

一、万有引力本是建立在物体之间一种遥远的、未知的、神秘的、相互作用的力，此力来源一直是科学界的未解之迷，也是能获诺贝尔奖的重要研究课题。所以，1688年当牛顿与胡克发生举世目睹的知识产权争夺后，当时牛顿的地位已发生了根本变化，故胡克的“平方反比定律”也就变成了牛顿的“万有引力定律”。

二、牛顿认为：物体发生的是惯性运动，推动物体发生惯性运动的力及原始力均是上帝创造的。但牛顿并非上帝，他也不可能去创造这第一推动力。所以，牛顿自己都不承认他的惯性运动量是力，那么后人为什么还非要去篡改这段历史？

三、牛顿定律本是说“苹果”是怎样落地的，而苹果落地是在地球引力下所发生的苹果重量和加速度及空间距离上的变化（P=MA=GAS）。这种变化所表达的是：“苹果在地球引力下所发生的一种俯冲的量” 此量实为冲量。而什么是力？苹果砸到地上才是力，作用苹果发生运动的也是力（地球引力）。所以，人们通常把“量”与“力”分不清。

四、万有引力的来源本是粒子在运动中成为带电粒子，当粒子聚集成天体或物体时就会形成中心的引力场和磁场，物质聚集必然导致能量的释放，磁场形成又会产生磁力，故能量释放的力及磁场产生的力就发生“同性斥”与“异性吸”现象。所以，万有引力决非是“上帝”创造。

五、物体并非惯性运动并永远运动，没有力物体不运动，没有力物体也不可能永动。地球之所以绕太阳能发生惯性运动（转动惯量）则在于太阳不断释能所产生的力作用于地球，故才发生了地球的公转运动；反之，地球也不断释能产生斥力，故又发生了地球的自转运动。如果丧失了这种力，那么地球就不会转动，而太阳和地球也只能是太空中的质点不可能永动。

六、由于行星、卫星是太阳外围分离出来的同性物质，故使行星、卫星与太阳同性相斥并绕太阳发生公转与自转运动；而彗星、陨星、陨石等（非小行星）之所以能撞击太阳或地球，则在于它们是太空以外的外来异性物质，在耗尽动能（转动惯量）后，会撞击太阳或其它行星系。

七、什么是力？第一推动是力，第一推动本是原始力，原始力是源于能量的释放（E=F2）；什么是力？物体撞到墙上才是力，物体撞到墙上是动能加速中产生的力，即动能与力成正比和时间成反比（N=F/T）；什么是力？运动的物体本身就有力，此力的大小与物体动量等价，和运动速度成正比（F=MV）；什么是力？落体砸到地上才是力。此力大小表现为落体砸在地面上坑的大小与深浅；这本是冲量与时间乘积所产生的冲击力（F=PT），也是重量、速度和距离三者的乘积（F=GVS）。所以自然界的力是多种多样的，但无论什么样的力均可用F=MV来表示。

八、传统的东西是过去的东西，过去的东西也是过时的东西；过时的东西往往是陈旧的东西，而陈旧的东西有的是要被历史所淘汰的。古人有错，错不在其人而在历史，历史造就了古人必然会犯错误，这是人类历史发展的必然规律。所以，抱着传统观念不放的人是搞封建迷信活动的人，搞封建迷信活动去盲目崇拜古的人，是因循守旧的人，也是不懂科学的人。

研究者在西安市百米大楼抛物实验时还发现这样的现象，沿着大楼一侧坠落的物体在空中不是垂直坠落，而是靠大楼的一侧呈现弧状坠落，这说明物体在高速运动中会产生强大的磁性吸引力，使大楼和落体之间发生了磁场吸引现象。据此也可证明：光束为何在宇宙空间会发生歪曲的事实。总之，有关牛顿力学及物理学中的其它许多错误这里不再逐一叙述，而统一场论的问世将使人类攀上科学理论的顶峰。

（注：物理统一论定律为：能量E=M²V²，力F=MV ，冲量P=MA，动量D=MV，重量G=M/S，质量M=GS，动能N=D/T，势能U=MS，功率Q=MV²即W/T。以上本文所有定律自成体系，可相互转换）

本文初稿曾发表于《科学之友》杂志 1997年第8期第44—45页，现有修改。

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