众所周知,牛顿三百多年前创立的机械运动三定律和万有引力定律,在自然科学领域一直被视为放之四海而皆准的金科玉律。现代人通过计算具有极高速度的星系与其所在星系团中心的万有引力,还提出了震惊科坛的暗物质假说。与之不同,本文试图圈定牛顿力学三定律及万有引力定律的适用领地。
万有引力定律公布后,牛顿发现自己的力学体系面临“以子之矛攻子之盾”的尖锐问题:一方面,按照牛顿第二定律,由开普勒发现的地绕日轨道切线速度的连续非匀速变化,必由一作用力所引起;另方面,在日地二体系统中,地球除了与其向日自由落体运动所对应的太阳引力外,再没受别的作用力。反过来说,地球若仅受日对地的吸引力就只能作自由落体运动,而不能形成地绕日的椭圆轨道。如果“造成行星轨道的未被说明的切线力”(人民出版社1972年版《马克思恩格斯选集》第三卷第449页)不存在,由牛顿第一定律和力的独立作用原理可知,地球在地绕日轨道切线方向上,只能保持静止或匀速直线运动。如果此力存在,那么与其对应的反作用力在哪里?让牛顿困惑不已的这一巨大理论谜团,使其留下令人倍感崇敬的虔诚遗言:“没有神臂,我不知道自然界中有哪种力量能够引起这种横向运动。”“这样,重力可把行星投入运动,但是没有神力它就永不能投入圆周运动,象它们绕太阳运行那样。所以为了这个和其它理由,我迫不得已把这个系统的结构归之于一个有理性的动因”(转引自《光明日报》1987年7月9日阎康年撰文《关于牛顿科学思想的哲学评价问题》)。经过20多年的求索,我立足日地月共面运动,分别考察地月上部诸圈层的相互作用,从中推出作为三体系统质的两个系列新结果。详见本空间中《地球动力学创新结果简介》和《月球动力学创新结果简介》,其中两个结果如下所述。
1、日地月系中存在由三体复杂相互作用所衍生的万有引力波动机制。按形而上学的现行二体作用模式看,地恒受日一排斥力,其值与日地距离的三次方成反比。地球1千克质量受此力的极大值为6.3牛顿。地月间的引力波动变化,总体呈减小趋势。日对月引力虽呈加大趋势,但因其远小于地对月的引力减小效应,故月随地仍远离日而去。似应指明,20年前国际上探索“第五种力”所发现的许多怪异现象,例如美国科学家菲施巴赫发现的“奇怪斥力”(飞碟探索》1990年第1期第4页),就与此有直接关系。
2、日地月系中存在能引起上述“横向运动”的作用力。地绕日由近日点至远日点的前半周,此力顺地绕日方向;后半周逆地绕日方向。地球1千克质量受此力的极大值约为百万分之5牛顿。始料不及,三百年前困扰牛顿的理论谜团得以驱散。
显而易见,有多个活跃圈层交互作用的地球复杂体,在有紧密力学联系的日地月系统演化过程中,由两级复杂系统的非线性相互作用所造成的上述引力波动及横向推动力,若逐一依牛顿三定律或万有引力定律来检验,则均为空穴来风的天方夜谭。而按照现代复杂系统演化论的基本观点,上述新发现是顺理成章、水到渠成之必然。由此可见,牛顿力学只适用于以二质点作用为主要内容的简单系统中的线性力学问题。对知之甚少、极其庞大、甚为复杂的星系团仅靠二质点模式的引力计算结果就提出暗物质假说,明显与复杂系统演化理论相背逆。