英国牛人发明不用电的灯泡，挂个沙袋就能亮，使用寿命为何能长达50年

【解答】虽然自从上上个世纪开始，人类对永动机的研究从未停止过，可目前，人类对于永动机的认识都停留在概念上，并没有能力，也没有可能造出永动机。因为永动机违背了现存的能量守恒定律，所以1775年 法国科学院通过决议，宣布永不接受永动机，现在 美国专利及商标局严禁将 专利证书授予永动机类申请。

【永动机的研发历史】

从未成功的第一类永动机

永动机的想法起源于印度，公元1200 永动机年前后，这种思想从印度传到了 伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离 轴远些，因此，右边的球产生的 转动 力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的 力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外 做功，只会摆动几下，便停下来。

后来， 文艺复兴时期意大利的 达·芬奇（Leonardo da V 永动机inci，1452-1519）也造了一个类似的装置，他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。

达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的 旋转作用（ 力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。

16世纪70年代，意大利的一位机械师 斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。斯特尔在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。这样的永 永动机动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。

此外，人们还提出过利用轮子的 惯性，细管子的 毛细作用， 电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好相互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。从哥特时代起，这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性 磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界 做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家 斯台文、 惠更斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。

19世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的 能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的 唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反 热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为 机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家 开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破灭了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布"本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计"。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。永动机的想法在人类历史上持续了几百年，这个想法被驳倒，不仅有利于人们正确的认识科学，也有利于人们正确的认识世界。能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。在转化和转移过程中，能量的总和不变，这就是 能量守恒定律了。所以第一类永动机是不能做出来的。而能量的转化和转移是有方向的，就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体，但不能自发的由冷的物体转移到热的物体，而不引起其他的变化，所以第二类永动机也是不能做出来的。还有人认为，根据牛顿第一定律，物体在不受力的作用的前提下，可以依靠 惯性无休止的做 匀速直线运动，于是想要在外太空实验。但是当时的科技并不允许这么做，而且牛顿还提出了万有引力定律，即自然界中任何两个物体都互相吸引。所以这个物体在运动很久之后——或者只有几分钟——就会停下来，也不能永远运动。

虽然经过许多人的辛劳，但事实证明他们无一例外地都归于失败。　永动机是一种幻想，永远不可能成功，因为它违反了自然界最普遍的一个规律，这就是能量转化与守恒定律。著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示，在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是 永动机去做淘金者吧！” 然而，15世纪以后的好几百年里面，制造永动机的活动却从未停止过。

例如：17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“ 永动机”，如图所示。转轮直径达4．3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王 查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。

软臂永动机

19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示。它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到 力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。

阿基米德螺旋永动机

1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用 阿基米德螺旋（如图）把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米德螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。

磁力永动机

约在1570年，意大利的一位教授泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立 库仑定律，不知道电场力大小与距离的平方是成反比变化的，只需多加思索，其荒谬处就一目了然了。

类似的例子还有许多，这里就不详细描述了。我们只要列举一些名称，就足以说明这类徒劳无益的活动是如何广泛、诱人。

例如：表面张力永动机、浮力永动机、永磁永动机、自动车、自动洗衣机，等等。　就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性。

继达·芬奇之后，斯蒂文于1568年写了一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点。他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并不神奇。”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡。

1775年，法国科学家郑重的通过了一项决议，拒绝审理永动机。在《法国科学院的历史》一书中有如下记载：“这一年科学院通过决议，决定拒绝审理有关下列问题的解答：倍立方，三等分角，求与圆等面积的正方形，以及表现永恒运动的任何机器。”

并且解释说：“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间之内也会是无限小。如果摩擦和阻力减小，初始的运动往往得以继续，但它不能与其他物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中，惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是费用极度昂贵，不止毁了一个家庭，本来可以为公众提供大量服务的技师们，往往为此浪费了他们的工具、时间和聪明才智。” 然而，就是在法国科学院如此明确的警告之下，创造永动机的各种活动仍然未见收敛。

19世纪中叶， 能量守恒定律已经确立。

1861年，英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料，写成一本名为《17、18世纪的永动机》的书，告诫人们，切勿妄想从 永恒运动的赐予中获取名声和好运。可是，德尔克斯这部“警世恒言”却未能阻止永动机的继续泛滥。

19世纪末美国宾州有人想用磁铁代替钟摆的锤，企图用磁力做功代替发条，认为有可能无需发条而能自动维持摆动，结果是徒劳一场毫无成果。进入20世纪，更加复杂的、似是而非的种种设计不断被提了出来。例如有人想“发明”自动车，有人“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子吸引力”制造“自动”泵，有人想单纯靠永久磁铁做成发电机，特别是在“能源危机”的刺激下，这类活动竟有增无减，层出不穷。另一类永动机也常被人提出而且还很迷惑人。如19世纪80年代，美国华盛顿地区的一位发明家甘姆埃设计了一种零度发动机（Zeromotor），用液态氨做工作物质，从周围环境中吸取热量，氨由液态变为气态，在0℃时产生4个大气压的压强，可以推动活塞做功，似乎这样就可以不需使用燃料。他还进一步解释说，氨气在驱动活塞后因膨胀而冷却，又会自动凝结于容器，于是就可循环地工作下去。1881年他的设计居然得到美国海军总工程师的支持，受到官方赞扬，甚至当时的美国总统也极有兴趣地观看了设计模型。他们也许认为，如果这种发动机真的成功，美国舰队就不需要加煤站，从汪洋大海中就可以取得无穷无尽的热能了。然而，只要科学地分析一下，就会发现甘姆埃的设计是属于单热源的热机，它违反了热力学第二定律，这就是不可能实现的第二类永动机。如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的。

关于永动机的不可能，还应当提到荷兰物理学家司提芬。16 世纪之前，在静力学中，人们只会处理求 平行力系的合力和它们的平衡问题，以及把一个力分解为平行力系的问题，还不会处理 汇交力系的平衡问题。为了解决这类问题，人们把他归结于解决三个汇交 力的平衡问题。通过巧妙的论证解决了这个问题。假如你把一根均匀的链条ABC放置在一个非对称的直立（无摩擦）的 楔形体上，这时链条上受两个接触面上的反力和自身的重力。恰好是三个汇交力。链条会不会向这边或那边滑动？如果会，往哪一边？司提芬想象把楔形体停在空中，在底部由CDA 把链条连起来使之闭合。最后解决了这个问题。在底部悬挂的链条自己是平衡的，把悬挂的部分和上部的链条连起来，斯提芬说：“假如你认为楔形体上的链条不平衡，我就可以造出永动机。”事实上如果链条会滑动，那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去；这显然是荒谬的，回答必然是链条不动。并且他由此得到了汇交 三力平衡的条件。他觉得这一证明很妙，就把它放在他的著作《数学备忘录（Hypomnemata Mathematica）》的扉页上，他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意。汇交力系的平衡问题解决，也标志着静力学的成熟。

随着对永动机不可能的认识，一些国家对永动给出了限制。如早在1775 年法国科学院就决定不再刊载有关永动机的通讯。1917 年美国专利局决定不再受理永动机专利的申请。尽管如此，永动机的发明者仍然是前赴后继，顽强地奋斗着。据英国专利局的助理评审员F. Charlesworth 称：英国的第一个永动机专利是1635 年，在1617 年到1903 年之间英国专利局就收到约600 项永动机的专利申请。这还不包含利用重力原理之外的永动机专利申请。而美国在1917 年之后还是有不少一时看不出奥妙的永动机方案被专利局接受。

一、机械能

1.由物体间的相互作用和物体间的相对位置决定的能叫做势能.如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等.

1物体由于受到重力作用而具有重力势能，表示式为 EP=一mgh.式中h是物体到零重力势能面的高度.

2重力势能是物体与地球系统共有的.只有在零势能参考面确定之后，物体的重力势能才有确定的值，若物体在零势能参考面上方高 h处其重力势能为 EP=一mgh，若物体在零势能参考面下方低h处其重力势能为 EP=一mgh，“一”不表示方向，表示比零势能参考面的势能小，显然零势能参考面选择的不同，同一物体在同一位置的重力势能的多少也就不同，所以重力势能是相对的.通常在不明确指出的情况下，都是以地面为零势面的.但应特别注意的是，当物体的位置改变时，其重力势能的变化量与零势面如何选取无关.在实际问题中我们更会关心的是重力势能的变化量.

3弹性势能，发生弹性形变的物体而具有的势能.高中阶段不要求具体利用公式计算弹性势能，但往往要根据功能关系利用其他形式能量的变化来求得弹性势能的变化或某位置的弹性势能.

2.重力做功与重力势能的关系：重力做功等于重力势能的减少量WG=ΔEP减=EP初一EP末，克服重力做功等于重力势能的增加量W克=ΔEP增=EP末—EP初

特别应注意：重力做功只能使重力势能与动能相互转化，不能引起物体机械能的变化.

3、动能和势能重力势能与弹性势能统称为机械能

二、机械能守恒定律

1、内容：在只有重力和弹簧的弹力做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变.

2.机械能守恒的条件

1 做功角度：对某一物体，若只有重力或弹簧弹力做功，其他力不做功或其他力做功的代数和为零，则该物体机械能守恒.

2能转化角度：对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统和外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变为其他形式的能，则系统机械能守恒.

3.表达形式：EK1+Epl=Ek2+EP2

1我们解题时往往选择的是与题目所述条件或所求结果相关的某两个状态或某几个状态建立方程式.此表达

式中EP是相对的.建立方程时必须选择合适的零势能参考面.且每一状态的EP都应是对同一参考面而言的.

2其他表达方式，ΔEP=一ΔEK，系统重力势能的增量等于系统动能的减少量.

3ΔEa=一ΔEb，将系统分为a、b两部分，a部分机械能的增量等于另一部分b的机械能的减少量。

三、判断机械能是否守恒

首先应特别提醒注意的是，机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力等于零，例如水平飞来的子弹打入静止在光滑水平面上的木块内的过程中，合外力的功及合外力都是零，但系统在克服内部阻力做功，将部分机械能转化为内能，因而机械能的总量在减少.

1用做功来判断：分析物体或物体受力情况包括内力和外力，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒

2用能量转化来判定：若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系机械能守恒.

3对一些绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除非题目的特别说明，机械能必定不守恒，完全非弹性碰撞过程机械能不守恒

说明：

1.条件中的重力与弹力做功是指系统内重力弹力做功.对于某个物体系统包括外力和内力，只有重力或弹簧的弹力作功，其他力不做功或者其他力的功的代数和等于零，则该系统的机械能守恒，也就是说重力做功或弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化，只能使系统内的动能和势能相互转化.如图5-50所示，光滑水平面上，A与L1、L2二弹簧相连，B与弹簧L2相连，外力向左推B使L1、L2 被压缩，当撤去外力后，A、L2、B这个系统机械能不守恒，因为LI对A的弹力是这个系统外的弹力，所以A、L2、B这个系统机械能不守恒.但对LI、A、L2、B这个系统机械能就守恒，因为此时L1对A的弹力做功属系统内部弹力做功.

2.只有系统内部重力弹力做功，其它力都不做功，这里其它力合外力不为零，只要不做功，机械能仍守恒，即对于物体系统只有动能与势能的相互转化，而无机械能与其他形式转化如系统无滑动摩擦和介质阻力，无电磁感应过程等等，则系统的机械能守恒，如图5-51所示光滑水平面上A，当弹簧被压缩后撤去外力弹开的过程，B相对A没有发生相对滑动，A、B之间有相互作用的力，但对弹簧A、B物体组成的系统机械能守恒.

3.当除了系统内重力弹力以外的力做了功，但做功的代数和为零，但系统的机械能不一定守恒.如图5—52所示，物体m在速度为v0时受到外力F作用，经时间t速度变为vt.vt>v0撤去外力，由于摩擦力的作用经时间t/速度大小又为v0，这一过程中外力做功代数和为零，但是物体m的机械能不守恒。

四.机械能守恒定律与动量守恒定律的区别：

动量守恒是向量守恒，守恒条件是从力的角度，即不受外力或外力的和为零。机械能守恒是标量守恒，守恒条件是从功的角度，即除重力、弹力做功外其他力不做功。

确定动量是否守恒应分析外力的和是否为零，确定系统机械能是否守恒应分析外力和内力做功，看是否只有重力、系统内弹力做功。还应注意，外力的和为零和外力不做功是两个不同的概念。所以，系统机械能守恒时动量不一定守恒动量守恒时机械能也不一定守恒。判定系统动量，机械能是否守恒的关键是明确守恒条件和确定哪个过程,

五.机械能守恒定律与动能定理的区别。

机械能守恒定律反映的是物体初、末状态的机械能间关系，且守恒是有条件的，而动能定理揭示的是物体动能的变化跟引起这种变化的合外力的功间关系，既关心初末状态的动能，也必须认真分析对应这两个状态间经历的过程中做功情况.

规律方法

1、单个物体在变速运动中的机械能守恒问题

2、系统机械能守恒问题

点评

1对绳索、链条这类的物体，由于在考查过程中常发生形变，其重心位置对物体来说，不是固定不变的，能否确定其重心的位里则是解决这类问题的关键，顺便指出的是均匀质量分布的规则物体常以重心的位置来确定物体的重力势能.此题初态的重心位置不在滑轮的顶点，由于滑轮很小，可视作对折来求重心，也可分段考虑求出各部分的重力势能后求出代数和作为总的重力势能.至于零势能参考面可任意选取，但以系统初末态重力势能便于表示为宜.

2此题也可以用等效法求解，铁链脱离滑轮时重力势能减少，等效为一半铁链至另一半下端时重力势能的减少，然后利用ΔEP=-ΔEK求解，留给同学们思考。

高中物理机械能守恒定律使用条件

高中物理机械能守恒定律解题步骤

<>的人还：

自行车由25个基本部件组成，其动力来源于“脚踩踏板”，再通过杠杆、齿轮、链条等装置，将动力传递到车轮上，车轮与地面接触产生摩擦力，在引力、动力、惯性的作用下，只要不断地踩动踏板，自行车会向前一直走

随着技术的不断发展，自行车的结构发生了很大变化， 根据人们的需求、性别等研发出了普通自行车、女式自行车、变速自行车、山地自行车、公路比赛自行车等等。但有一点毋庸置疑，不管自行车的种类有多少，它最基础的核心部件为25个，其中包括车架、轮胎、脚踏板、刹车、链条、齿轮传动装置、车铃、车座等等。

如果按照其功能来划分，主要可以分为导向（车把、前叉、前车轮等）、驱动（脚踏板、齿轮和链条）、制动（前后车闸）三个系统。一辆可以正常行驶的自行车，都必须具备这三个系统，前文中提到的所有自行车类型，也只是在这三个系统之上改良而来。

自行车的动力来源于“驱动系统”，驱动系统的部件包括脚踏板、杠杆齿轮、链条、后轴齿轮等等，当自行车处于运动状态时，人体会对脚踏板循环、重复施加动力，动力通过杠杆驱动齿轮，齿轮将动力传输给链条，链条作用在后轴齿轮上，最终带动后轮转动。

所以，自行车的动力来源于人“施加在脚踏板上的力”，一些结构特殊的自行车，会为杠杆齿轮、后轴齿轮配备多套齿轮，通过特殊的开关调整前后轴齿轮的周长和轮齿数量，让人们可以骑着自行车行走在不同路况的道路上。

在说自行车行走的原理之前，不得不提到惯性，物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质被成为“惯性”，惯性是物体对自身运动状态变化的一种阻抗程度，而质量是决定物体惯性大小的重要因素，作用在物体上的外力越大，惯性越大，反之亦然，当物体处于静止状态时，惯性为零。

前文中大致说了一下自行车的构造和动力来源，接下来再说自行车行走的原理，地球会对任何有质量的物体施加引力，以自行车为例，自行车在引力的作用下会紧贴地面，基于自行车“圆形车轮”的构造，自行车很难直立在路面上，当人们对自行车的驱动系统施加力时，会对车轮施加一个向前行走的动力，在引力、重力、惯性的三重作用下，以及轮胎对地面产生的摩擦阻力，就会推动自行车向前走。

此外，如果自行车的轴承为双向轴承，当人们“倒着蹬脚踏板”时，自行车同样可以往后走，因为施加力的方向发生了改变，前进的方向也会发生改变。

速率 (有方向的速度) 的改变称为加速度。 一个物体加速，减速，或改变方向, 称之为加速度。 大部分大型游乐设备包括加速度。 当下坡，或急速转弯, 设备可能提高速率或加速度。 当上坡，或沿直线运动, 设备可能减小速率或减速度。 当过山车下坡，地心引力使车体运动的速度越来越快, 这是加速度。 当过山车上坡，车体运动的速度越来越慢, 这是减速度。 过山车的加速度与车体的质量和推拉的动力有直接的关系。

向心力

当过山车沿着回环运动, 向心力发生作用。向心力是物体沿着圆周运动而产生的. 例如当你沿着下滑曲线向地面运行, 地心引力使过山车沿直线作下滑运动,但是轨道是曲线的,向心力里又使过山车沿曲线运动. 乘客在过山车上的感觉是被抛离轨道, 但是地心引力又使车体的的确确运行在轨道上作圆周运动,所以指向圆周或曲线内部的动力是必须的。 对于指向圆周或曲线内部的动力, 称之为向心力。

能量(动能+势能)

能量使物体工作

动能- 正被使用的能量, 能量产生运动。

势能--被储存的能量, 以后再使用

能量的守恒定率： 能量可以从一种形式转化为另一种形式,但是不回自动生成和消失。

当马达驱动过山车攀登到达第一个坡度, 过山车储存越来越多的势能。 当重力牵引过山车沿斜坡下滑, 势能又转化为动能。 斜坡上离顶部越远，势能转化为动能就越多, 乘客能感觉到速度的加快。 在斜坡的最底部, 速度最快。

当车体攀登第二个山坡，动能又逐渐转化为势能, 过山车的速度逐渐减慢。 高度越高,意味着动能转化为势能越多。 这个动能势能的转化守恒定率,保持过山车沿轨道上下运动。 而动能的总量是保持不便,只是重一种形式转化为另一种形式。 请注意第一个山坡是过山车的最高点,为什么?

然而，一部分的能量转化摩擦力，风阻,车轮的转动和其他一些消耗能量的因素。过山车设计者充分考虑摩擦力在过山车运行中所扮演的角色。 因此设计师降低山坡设计的高度, 以保证过山车能够完全驶过山坡。

过山车能够运行是因为两个基本点: 地球引力和能量守恒。

作用力

作用力的表现形式是推或拉。 平衡的作用力表现为物体在受到几个力作用时,物体保持静止状态或匀速直线运动状态。 非平衡力表现为物体在受到几个力作用时,物体保持非静止状态或变速直线运动状态

牛顿第一和第二定律定律特别符合过山车的工作原理，它们联系到重力和加速度。过山车从山坡的顶端是一系列复杂的倾斜的下降运动；但又是一个简单的力学原理。

我们以G作为过山车所受到的重力。 1G是坐在静止过山车的乘客，或在地球任何地方所受到的重力。

摩擦力

两个互相接触的物体, 当它们发生相对运动时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力, 这种力就叫摩擦力.

摩擦力产生的条件是两物体相互接触, 且接触面粗糙, 有相互挤压两物体之间要发生或已经发生相对运动.

摩擦力阻碍物体相对运动或相对运动的趋势, 因此摩擦里的方向与物体相对运动或相对运动的趋势相反。

所以在物体的运动中,一部分动能转化为摩擦力。 过山车的设计者一定要知道摩擦力在车体运动中所起的作用。 设计者可以用摩擦力以降低过山车行进中的速度和到站后的安全停止。

重力

由于地球的吸引里而使物体受到的力叫作重力.

对过山车最为重要和具有影响的是地球引力。 地球引力使物体从一个点往另外一点运动。由于重力引起的加速或减速依据轨道倾斜的角度坡度越陡, 加速或减速就越明显。

重力加速度

描述压力的通常单位是 g。 一个 g 等同与地球引力。 航天飞机起飞时，宇航员承受是 3 g 的压力,既三倍于地球引力。

斜坡 #1

在设计斜坡#1 时, 请考虑以下的问题:

斜坡有没有足够的高度,以提供过山车有足够的动力使过山车通过斜坡#2 和回环。

如果过山车的速度过快，当过山车通过斜坡顶部时，会发生什么情况, 为什么？

地球引力的变化对于过山车上下山坡和穿过回环, 会产生什么样的影响。

你能不能改变地球的引力？

斜坡#2

为什么斜坡#2的高度决定过山车能否穿过回环?

什么样斜坡的高度设计使过山车能通过回环,而又不坠毁？

摩擦力的设计是不是影响过山车能否顺利通过斜坡#2 和饶过回环的因素？

重力是如何影响车厢在轨道上行进的？

惯性

一个静止的物体，如过山车，没有外力的推拉, 它是不会运动的。 物体质量越大, 惯性越大。

如果没有外力使过山车加速或减速, 行进中的过山车会按原来的方向继续运动。 运行过山车的阻力改变它的速率是惯性的另一例子。

对于回环设计和，必须决定回环的大小尺度。 惊险的过山车通常会有回环或螺旋设计。 你惊险的经历不仅仅是飞快的速度，巨大的落差, 也包括令人难忘的上上下下的翻滚。

如果你细看过山车回还的曲线，你所见到的不是圆, 而是泪状物。这个形状称作椭圆形回环. 这个称谓早在 18 世纪瑞士天才数学家雷纳 就曾提出。只是最近过山车设计工程师意识到这是一个完美的翻转形状。

质量

质量是物体所含物质的多少。

动量

物体的动量是质量乘以速率。如果质量或速率很大, 物体的动量也很大。 物体的动量越大,使物体停下来或改变物体的运动方向就越困难。

牛顿的运动三定律

牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。

1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行？天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律-- 力学规律的支配。

早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系。

牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来……一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着，终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。

牛顿定律

牛顿是十七的世纪最有影响的科学家之一。牛顿三定律 解释运动物体的各方面, 对于建造过山车也是很有帮助的 。

1、第一定律（物体在没有外力作用的情况下会保持原有的状态）；

2、第二定律（F=ma ，物体的加速度，与施加在该物体上的外力成正比）；

3、第三定律（作用力与反作用力大小相等，方向相反）；

1. 牛顿第一定律（惯性定律）

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

物体没有受外力作用时保持静止或匀速运动

物体在受到平衡力作用时保持静止或匀速运动

物体在受任意力作用时作变速运动。

2 物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。这就是牛顿第二定律。

加速度和力都是矢量，它们都是有方向的。牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小关系，还确定了它们的方向之间的关系，加速度的方向跟引起这个加速度的力方向相同。

3.第三定律

两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，并且作用在同一直线上

F1 ＝－ F2

①力的作用是相互的同时出现，同时消失。。

②相互作用力一定是相同性质的力

③作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用不能相互抵消。

④作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物不同

⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上，所以不能求合力

速度/速率

速度是距离除以时间或物体运动的比率。 对于过山车的建立，正确的理解速度, 速率和加速度都是极为重要的三个方面。 过山车必须兼顾安全和惊险，安全是过山车建造的第一要素，毫无疑问，乘客在过山车的乘坐中,必须是绝对安全的。 但速度和加速度的惊险度是过山车成功的重要因素, 这关于速度的控制。 所以包括山坡，直线，曲线，俯冲，回环和刹车系统等都是经过科学的论证和设计的，还包括材质,结构的设计都是安全基础上再生产设计的。 科学的理论基础是过山车生产设计的核心。

速率。

速率是物体在某个方向上的速度。 当方向改变,速率也随之改变。过山车可以保持固定的速度，但是随着方向的变化, 速率始终是不断的发生变化。速率越快,过山车运行的速度也就越快。 通常速度可以用来代替速率，但是, 速率是有方向意义上的速度。 例如向西 100 公里/ 小时，是速率, 向西是指以 100 公里/ 小时行进的。

失重

有两种失重的经历: (1)足够快的速度离开地球到足够高的距离使所受重力近于零 ( 重力可以作用与无限距离,人永远不可能脱离)。(2) 下落的速度和和重力加速度是一样的。 即在地球上的加速度是以 9.8 米/ 秒竖直向下行进。 要使人有重量,人必须感觉到来自地面的重力反作用力。

一些游乐设备在行进中，提供了 9.8 米/秒的下落速度,使人产生失重的感觉。

重量

重量是地球引力作用于物体而产生的压力。

重量作用于地球引力。 在月球上的引力是地球上的 1/6. 所以，在月球上,相应物体的重量只有地球上的 1/6

做功工作力

做功是指你用了多少拉力或推力, 使过山车在行进某一段距离。如果你仅仅是握着一个盒子, 就没有作功于盒子。如果你拖拽盒子, 就在做功了。过山车通过马达作用于链条, 使过山车沿着轨道行进而产生的.。作功克服重力而提升过山车到达某个高度。过山车越重, 则需要作越多的功。山坡的高度越高, 同样需要作越多的功。重力使过山车下降, 其实也在作功。

正数值和负数值的地球引力

重力并不是地球引力. 重力只是地球引力的一部分. 在 1G, 是地球拉你向它中心点所受的力.

第三定律告诉我们两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，并且作用在同一直线上。你的体重使座位的表面受到压力，但你又受到来自座位表面的反作用力，所以你可以相对座位静止地坐着。在自由落体, 座位不再支持你, 没有来自座位表面的反作用作用你身上，所以你感觉下落.座位没有作用于你, 你所经验的是0 G.

你能也经验G力量大于1. 这一般发生在落体的底部. 在这种情况下, 你感觉自己被推向座位, 但实际情况是座位把你向上推.

假设小山的顶部比抛物线更为小的角度。列车固定在轨道上,沿轨道行进然而乘客按抛物线的轨迹行进, 所以将会离开座位.. 如果长久的保持这种状况, 乘客最终会碰上安全栏杆, 而安全杆会有一个向下的作用力,使乘客座保持在位置上. 这就是负数G值,在过山车的设计中十分的明显。

近来, 线性地球引力更多的在过山设计中得以运用.刺激的加速经历使之运用的颇为广泛。线性地球引力表现为过山车加速向前运动, 正数G值的增加. 随同发生的是乘客的惯性, 身体的重心被你遗留在后面, 这也正是惊险的原因.

地球侧引

如果过山车按曲线运动行进, 但车体的运动趋势是沿直线运动的. 轨道会有一个侧面的力作用于车体, 使之沿轨道行进. 同样的, 车体作用力于乘客. 当乘客按惯性向前运动,他们受到车体的作用力. 虽然他们感觉到曲线外面的压力(通常指的是地心引力), 沿着乘客转向的方向.几个因素同时影响侧部的地球引力大小: 火车的速度, 曲线的弧度, 和曲线的数量.

曲线

如果轨道的倾斜是向内的, 那么车体也会向内倾斜, 车体的地面会对乘客产生作用力, 而不是侧面.

所以一些G 值表现为正数.

通常,更大的曲线的转弯, 较少侧部力量和更多的正数的G 值.

反转

反转在回环轨道中, 作用力和转弯相似, 因为车体趋向于直线行使, 但是轨道是固定设计好的. 因此, 在回环中, 正G值产生.

由于正G值意味着座位反作用于乘客的身体, 使你在过山车乘坐中有脱离车体的感觉.

这就是过山车的物理原因

在地球形成之前，宇宙中有许多小行星绕著太阳转，这些行星互相撞击， 形成了原始的地球，当时的地球还是一颗灸热的大火球,随著碰撞渐渐减少，地球开始由外往内慢慢冷却，产生了一层薄薄的硬壳--地壳，这时候地球内部还是呈现炽热的状态。地球内部喷出大量气体，

其中带著大量的水蒸气，这些水蒸气就形成了一圈包围在地球外围的大气层，地球距离太阳的位置不会太近而致使水蒸气被太阳蒸干，地球本身的大小又有足够的引力将大气层拉住，所以地球才会有得天独厚的大气环境，

大气层形成之后就开始降雨，而形成了原始的海洋。

大约在47亿年前，宇宙中尘埃聚集，形成了地球及其所在的太阳系的其他星球。当时的空气中不含有氧气，而含有很多二氧化碳（碳酸气体）、氮气。

最初的地球很小，但不断有宇宙中的尘埃及小的星体撞击，体积不断增大。而且撞击时能量聚集，温度不断上升，最终融化为液体。

不久，星体撞击的次数减少，地球表面的温度降低，形成地壳。这就是今天的地表。但是，地球内部的岩浆不断喷涌，形成大量的火山。火山灰中的水蒸气冷却凝结为水，从而形成海洋。

生命的形成：

在40亿年前的地球水环境中，原子组合成分子，形成新的四力平衡体，而且地球在形成过程中，已聚合了极多的星际有机分子，这些分子组合成大分子，利用彼此的引力场和反引力场来寻找合适的组合对象。大分子、分子、原子三间也是依靠彼此形成的力场来寻找合适的组合对象，形成新的复杂四力平衡体，其中引力场起到远距吸引作用（5－20个原子直径），这也就限制了大分子在大范围获得所需的组合对象，因此大分子彼此组合成一种能移动的组织形式，即最原始的海洋微生物。能移动的大分子团主要采用定向释放电磁力的方法，逐渐发展成能在水中游动的原始组织，因此它们能获得大量所需的食物（四力平衡体），并在体内积存了一些分子，这些分子在原始微生物母体力场导引下，组合成与母体相似的新微生物，这些原始微生物实质上就是一些复杂大分子团形成的四力平衡体，这也是生物基因复制的雏形。

这些大分子团还不是现代意义上的蛋白质与核酸的聚合体，只是多种氨基酸、核苷、磷酸、碳水化合物及其它一些有机小分子的无序聚合体，当核苷和磷酸组成成核苷酸，并逐渐形成核苷酸链，这些核苷酸链形成的力场就对周边的氨基酸形成力场束缚作用，进而组装出肽链。或者先由多种氨基酸组合成肽链所形成的力场对周边的核苷酸形成力场束缚作用，进而组装出核苷酸链，随着形成的肽链和核苷酸链越来越长，分子量越来越大，最终形成核酸和蛋白，核酸与蛋白的形成是彼此相互作用的产物，是同时产生的。

上述“大分子团”就相当于团聚体或类蛋白微球，只不过其中有机物成分更复杂一些，除了多种氨基酸外，还有构成核苷酸链的组件（核苷、磷酸）及一些如碳水化合物之类的有机分子。

有机生命的产生过程大致分为三步：先是原始地球简单的无机化合物形成原始的有机物质（碳氢化合物及其最简单的衍生物），二是在第一步基础上，逐渐发展为复杂的有机化合物（糖、核苷酸、氨基酸）和它们的聚合物多糖、核酸和蛋白质，以及其它有机物质，三是随着地球上自然条件的演变，上述物质进行复杂的相互作用，最后产生具有新陈代谢特征、能生长、繁殖、遗传、变异的原始的有机生物。

在各种“类太阳系”的类地行星上，其拥有的碳、氢、氧、氮、硫、磷等有机生物演化必需的化学元素都是相同的，地球有机生物的演化模式在其它类地行星上也适用，那些外星有机生物必然经历从RNA到DNA，从单细胞到多细胞的演化过程。因为在36—40亿年前的地球上，各种有机生物进化繁演模式之间进行着激烈地竞争，最终是最具适应力的RNA繁演模式胜出，这种模式从单一的源扩展到全球，其它有机生物繁演模式被淘汰。也就是说，地球上最初的有机生物繁演模式是最佳的，这种模式可以推广到宇宙中其它类地行星上；当然，核苷酸和氨基酸的种类可能有所不同，而且由于类地行星环境各有不同，有机生物此后的演化之路是大相径庭的，特别是在DNA的基因编码与蛋白质种类上是丰富多彩、千奇百怪的。

各种生物DNA中都有很多不表达的、似乎无用的基因，但生物的进化是非常注意节约的，在生物体最重要的部位（DNA）却有如此多的无用之物，这是不合常理的。笔者认为，这些“无用基因”实际上是“备用基因”-+，这些都是生物经过35亿年进化的结晶，它伴随着生物经历了无数风雨（如生存环境、食物来源的变化），这是生物的最大财富，正是这些“备用基因”使生物具有极强的适应力，保留这些旧的基因编码比重新建立要快速得多，使生物具有更强的适应力，也许当地球某些区域极度干旱时，某些哺乳动物会重新演化出爬行动物的抗旱鳞片，也许在未来的水世界中，某些陆地动物会重新演化出鳃。在人类新生儿中，会出现一些反祖现象，如多毛、长尾巴，这是因为在胚胎的基因复制过程中出错，将某段“备用基因”表达出来。

生物进化的原动力就是为了维持自身的复杂四力平衡，不断地从外界获取所需的四力平衡体（能量、营养）。在竞争中，大分子团比小分子团有竞争力，因为前者的力场强，单细胞生物又比大分子团有竞争力，多细胞生物比单细胞生物有竞争力；能先敌发现的生物更有竞争力，因此进化出眼睛，有锋利牙齿或爪子的生物更有竞争力，体积大的生物更有竞争力，因为他们在搏斗中产生的电磁力大。随体积增大，它们发展出一种通讯机制，使体内的大小分子团能充分协同，因此进化出神经系统和原始的脑；能学会捕食技巧的生物更有竞争力，因此进化出更大容量的脑。复杂的竞争环境促成生物进化。

地球生物圈就是几百亿种四力平衡体互相竞争、互相协同的统一体。地球微生物之所以进化出植物和动物两大类不同的四力平衡体，是因植物和动物夺取的是不同类型的小四力平衡体，两者是互补的，即食草动物夺取的是植物的四力平衡体，食肉动物夺取的是食草动物的四力平衡体，而微生物夺取的是植物、动物的四力平衡体，植物则吸收经微生物分解后的四力平衡体，这就构成一种循环，三者都有生存的空间。动物、植物、微生物实质上就是一种聚合了几万――几亿亿个大分子团的“集成四力平衡体”，这种联合的目的就是为了更好地夺取外界的四力平衡体，这是生物进化的原动力。生物体就象一种联合作战的分子集团军，各种分子各司其职，部分分子聚合成接收可见光的眼睛，用于寻找有用的四力平衡体（食物），部分分子聚合成能定向释放电磁力的肌肉，用于捕获食物，部分分子聚合成神经细胞，用于联络机体内各种协同作战的分子兵团（组织、器官），部分分子聚合成消化系统，将捕获的各种“集成四力平衡体”（动物、植物），分解成可供体内分子使用的小分子（氨基酸、糖等）。生物体获得的各种四力平衡体也由各种分子合理分配。

在行星上只要有液态水存在，加上碳、氮、磷等元素，就能形成有机分子，并进一步聚合成最原始的生物，而宇宙大部分恒星的最终产物正是上述化学元素，星际中飞舞着极多的生命种子—“有机分子”，另外一小部分大质量恒星最终产生的是金属类重元素，也是生物进化所必需，宇宙及生命的演化是经过设计的，这就是宇宙程序。

宇宙就是一种超级的信息处理交换系统，在运行奇子级、引力子级、粒子级、原子级、分子级、生物级程序的过程中，各种信息编码（引力子、反引力子、粒子、原子、分子）进行着非常频繁的交换和处理，在协同和自组织中演化出纷纭复杂的宇宙万物，生物体可说是这种信息处理交换系统的一种小集成，它们频繁地输入宇宙中的各种粒子、原子、分子、引力子、反引力子，经复杂处理后，转换成对自身有用的信息编码（如各种生化反应），获得有用能量，维持生物级程序的运行，并将无用的编码通过各种渠道排泄出来（肺、皮肤、排泄口）。生物进化是生物基因程序通过与外界的粒子级、原子级、分子级、引力子级程序的信息交换来实现的，当自然环境发生变化，即上述宇宙程序的协同运行环境发生变化，生物基因程序通过接收上述程序的信息编码（粒子、原子、分子、引力子、反引力子），使部分生物基因发生变异，修改生物基因程序，以适应新的自然环境，即新的宇宙程序协同运行环境，形成生物的进化。

自然界中的自组织、协同现象，本质上就是众多四力平衡体从竞争（混沌）中逐渐建立秩序的过程。

自然界的有些混沌现象是因地球引力场使地球自转，而使地球上的流体（如水、空气）呈现螺旋形运动。分子、原子、粒子世界出现的混沌现象是因微观物质中的各种引力场和反引力场的相互干扰造成的。

经济学、社会学领域的混沌现象，是因地球上的每一种物质如动物（人）、植物、微生物、矿物、水、空气都是四力平衡体，这种混沌现象与生物体内的混沌现象是类同的，将人比作生物体内的每种分子，将城镇比作细胞、器官、组织，将道路比如血管，将政府比作中枢神经系统，将地球的自然资源比作生物体所需的能量和营养，差别在于每个人都拥有独立思考的大脑，而生物体内的分子却没有，所以社会的运行不及生物体有序。

生命的宇宙_科学探索

概要

该文旨在研究宏观天体和微观粒子的相互转化机理与天体循环演化规律。质疑大爆炸的宇宙观，并通过物理运动和化学运动相结合,描述星球由产生至消亡的全过程和“代生”特征，采用先天八卦图展现宇宙天体的演化规律。在此基础上，阐明彗星是由外恒星系进入太阳系的星体和解释星系形成螺旋状态的机理。

1. 现有宇宙成因假说

今天，虽然科学技术已经有了重大进步，但关于宇宙成因，仍处在假设阶段，归纳起来，大致有以下几种假说：

第一种是：“宇宙大爆炸”假说。到目前为止，许多科学家倾向于“宇宙大爆炸”的假说，这一观点是由美国著名天体物理学家加莫夫和弗里德曼提出来的。这一假说认为，大约在200亿年以前，构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起，密度极高，温度高达100多亿度，被称为原始火球。这个时期的天空，没有恒星和星系，只是充满了辐射。后来不知什么原因，原始火球发生了爆炸，组成火球的物质飞散到四面八方，高温的物质冷却起来，密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后，在100亿度高温下产生了质子和中子，在随后的自由中子衰变的11分钟之内，形成了重元素和原子核，大约又过了10000年的时间产生了氢原子和氦原子。在这10000年的时间里，散落在空间的物质便开始了局部的联合，星云、星系的恒星就是由这些物质凝聚而成的。在星云的发展中，大部分气体变成了星体，其中一部分物质受到引力的作用，变成了星际介质。

得出这一假设主要观测依据是星系谱线红移和星空背景微波辐射。1929年，哈勃对24个星系进行了全面的观测和深入的研究。他发现这些星系的谱线都存在明显的红移。根据物理学中的多普勒效应，这些星系在朝远离我们的方向奔去，即所谓的退行。而且哈勃发现这些星系退行的速度与它们的距离成正比。也就是说离我们越远的星系，其退行速度越大。这种观测事实表明宇宙在膨胀着。那么，宇宙从什么时候开始膨胀？已膨胀多久了？根据哈勃常数H=150公里/（秒.千万光年），这个意义是：距离我们1000万光年的天体，其退行速度为每秒150公里，从而计算出宇宙的年龄为200亿年。20世纪60年代天文学中的四大发现之一的微波背景辐射认为，星空背景普遍存在着3K微波背景辐射，这种辐射在空中是各向同性的。这似乎是当年大爆炸后产生的余热，从某种意义上这也是支持了大爆炸宇宙学的观点。

第二种是“宇宙永恒”假说。这种假说认为宇宙并不向人们所说的那样动荡不定，自开天辟地以来，宇宙中心的星体，星体密度以及它们的空间运动都处在一种稳定状态，这就是宇宙的永恒假说，这种假说是由英国天文学家霍伊尔、邦迪和戈尔特等人提出来的。霍伊尔把宇宙中的物质分成以下几大类：恒星、小行星、陨石、宇宙尘埃、星云、射电源、脉冲星、类星体、星际介质等，认为这些物质在大尺度范围内处于一种力和物质的平衡状态。就是说一些星体在某处湮灭了，在另一处一定会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内则是稳定的。

第三种是“宇宙层次”假说。这种假说是法国的天文学家袄库勒等人提出来的，他们认为宇宙结构是分层次的，如恒星是一个层次，恒星集合组成星系是一个层次，许多星系组成星团是一个层次，一些星团组成超星团又是一个层次。

综合起来看，以上种种假说虽然说明了模式的部分道理，但都未能系统解释宇宙物质运动规律和演化机理，许多问题尚待进一步探明。

2. 宇宙大爆炸理论不能成立的几点看法

2.1. 用星系红移的退行效应来说明宇宙在膨胀，是大爆炸理论产生的主要前提。加莫夫和弗里德曼提出这一理论并未给予大爆炸原动力来源一个合理的物理解释。

2.2.凭星系红移的多普勒效应，断定星系退行值得商榷：

对于宇宙谱线红移，从可能性的角度分析存在三种形成谱线频移的原因，即：距离效应、多普勒效应、康普顿效应。见《谱线频移效应所导致的宇宙观念和物理观念》志勰

2002年7月25日著。

2.3.“大爆炸前的原始火球的物体的密度极高，质子和中子都未产生”那物质是由何种离子所构成？“天空没有恒星和星系，只是充满辐射”，那么辐射由何种反应所产生？这点大爆炸理论并未交代清楚。作为此种高密度的物质，既无法作相应的物理试验，也没有一个合理化学解释，难以令人信服。

2.4.“大爆炸前的原始火球的物体的温度100多亿度，在爆炸两秒钟之后才产生质子和中子，在随后的自由中子衰变的11分钟之内，形成了重元素和原子核，大约又过了10000年的时间产生了氢原子和氦原子。”

没有质子和中子就没有原子核，没有原子核，就没有热核反应，那么原始火球100多亿度的物体温度由何而来？

2.5.将“3K微波背景辐射的观测结果，推测为宇宙大爆炸后200亿年后遗留的余热”。那布满宇宙无数的恒星所释放的热量和其星系暗星天体所反射的热量，又由何体现？各方同向性的微波背景辐射，说明我们的宇宙天空到处充满恒星热核反应的能量，如果是大爆炸理论，只有在其中心点测量，才能得出各向同性的微波，难道地球又回到哥白尼前的“宇宙中心”？

关于大爆炸理论也许人们还有更多的疑问，在这里用老子早在2千多年前的至理名言：“孤阳不生，孤阴不长”来回答，更为简明。

3. 星球产生的机理与代生特征

几百年来，人们一直在探寻星球的起源以及变化规律，尽管历代科学家进行了不懈的努力，但都未能对星球的产生和消亡的演化规律给予系统的解释。由英国天文学家霍伊尔、邦迪和戈尔特等人提出来的宇宙的永恒假说，也未能进一步阐明支持宇宙物质无限循环运动的机理。

在爱因斯坦创立量子力学和狭义相对论后，人们对微观粒子运动获得了更深入的了解，并一直在探索宏观天体运动规律和微观离子运动规律相协调的统一场论---广义相对论。

随着天文观测的不断深入，人们发现广袤宇宙空间存在着各种运动形态的星际物质：恒星、行星、卫星、彗星、流星、星际尘埃，超新星、脉冲星、中子星、电磁辐射、恒星离子流（太阳风）、星光等，有的天文学家甚至推测有黑洞的存在。人们还发现，由这些星际物质组成的星系和由星系组成的星系团，遵循着一定的运行规律。那么是什么自然规律支配它们永无止境地运动或相互转化呢？

下面我们将结合微观物质的运动，探讨宏观天体的演化过程及星球“生命”运动变化的规律,为了便于读者直观理解

请先参阅“星际物质循环运动周期表”:天文观测已证实天空中的发光星体大部分是恒星，恒星不断向太空高速喷射各种离子。太阳是影响地球最直接的恒星，离地球1.5亿公里，它的直径约为140万公里，大小约为地球的333000倍。太阳是悬浮在空中的天然核反应堆，它通过核聚变释放出惊人的能量。这些能量造成太阳上的风暴，能量的一部分被高速粒子带到太空之中。当由这些带电粒子以太阳风的形式吹向地球的时候，地球磁场由于受到它的干扰，而变成椭圆球的形状。夜晚地球两极上空绚丽极光就是由太阳带电粒子与地球大气层反应所至。

太阳表面的能量还以可见光、紫外线和X射线的形式向外辐射，他们的力量足以穿透地球大气层，其功率竟高达100万亿千瓦，也就是说地球每平方米都受到1.35千瓦来至太阳的辐射，科学家把这个数字称为太阳常数。透过天文望远镜，人们可以看到太阳表面到处是氢的海洋，而“粘附”在太阳表面不断抖动着的“微细纤维”，实际上是正在喷射到30万公里高处的数以10亿吨计的物质。

恒星的热核反应是太空粒子的发射源，根据热传递原理这些粒子在远离发射源后，温度会逐渐降低，与所处的空间环境温度进行热平衡。由恒星物质受热核聚变所裂解并被抛射到太空的质子、中子、电子的粒子群，在冷凝作用下又重新聚合，组成原子，不同性质的原子又会在化合作用下，产生不同结构的分子，由大量分子群集合成分子气团。在高速运动中它们遵守量子力学的运动规则。

恒星粒子的释放和冷凝与工业材料等离子热喷涂加工的工作原理是一致的。

分子气团进一步冷凝结就会形成沙粒状的宇宙尘埃，这些尘埃在自身电场的弱相互作用引力下继续聚合组成陨石，并不断吸收比其微小的粒子，在漫长的星际旅行中渐渐长大。与此同时在宇宙空间里又充满了来自各星体的磁场，这些低速运行的小质量星际物质，将受到来自附近较大星体磁场的约束，此时这些星际物体内部分子运动，继续遵守量子力学的运动规则，而系统整体却遵守经典物理引力运行规则。

离恒星、行星或卫星轨道较近，而自身运动速度又达不到这些较大星体的逃逸速度的陨石，将成为流星落入这些星体。自身运动速度与较大星体的逃逸速度相等时，陨石将围绕大星体旋转演变成其卫星。若陨石逃逸速度，大于行星、小于恒星，它就会演变成小行星，其速度与引力的关系确定了它在行星环中的轨道层。若陨石或行星逃逸速度大于本恒星系的控制，在长途的星际旅行中，若被其它恒星磁场捕获，它将成为别的恒星家族成员。不过这个天体扮演的却是彗星角色。而这颗彗星运行的大轨道偏心方向应与原恒星所在方向有关联，因为此彗星进入新的恒星系后，受引力作用，将加速向恒星中心运行，若该彗星的矢量方向正对该恒星，则会坠入其中。若该彗星的矢量方向偏出恒星中心，必然受到恒星强大的引力拉动所折返，即便产生偏角，也能通过天体运动的数学模型，计算出其原轨道来源方向。

过去人们关于彗星的形成，有以下四种假设，提出来供大家参考：第一种是丹麦天文学家詹.汉德瑞克.奥特于1950年指出：太阳系形成之时，由于它的中心产生的引力无法充分束缚外部大量的宇宙尘埃和气体星云等原始物质。由“奥特云”聚合产生彗星。第二种彗星起源假说（由澳大利亚天文学家提出）认为彗星来自太阳边缘的彗星带。第三种假设认为，彗星可能来自木星喷发。第四种假设彗星是由太阳的姐妹“复仇星”在绕太阳旋转的轨道上周期性地把致命的彗星释放到地球上。

我们形成彗星由外恒星物质进入，这种判断的理由是：其一，它的公转运行轨道与行星有很大差别，其椭圆的偏心很大。哈雷彗星其近日点可穿透九大行星的各层轨道面，远点得76年才能往复一趟。若它是由本恒星所抛射的粒子群，在太阳磁力线边缘地带冷凝形成，早期陨石般的小星体必然受太阳引力的作用，产生公转，并逐步成为外轨道行星。满足大偏心的椭圆运行轨道，应有一个进入该星系天体速度惯性和恒星引力的共同作用。其二，彗星与行星另一个不同点是，它在运行中不断向外释放物质，其体积和质量逐步减少，甚至出现解体。对于小体积的陨石而言，与演变成彗星这种较大体积是矛盾的。其三，假定彗星是在本恒星系磁场边缘地带形成，由于某种原因运行速度降低，受太阳引力作用而向中心地带切入，那么它的运行周期应该越来越短。可是，从历史的观察记录来看，彗星回归时间间隔却是一致的。所以我认为：彗星是外星系所逃逸

“流浪” 星体，被太阳引力捕获，而成为太阳系的“家庭” 成员，并在太阳系内逐步解体，被其他星体吸收。

关于行星的形成过程我们已知有两种途径：一种是太阳还在其行星时期所捕获的星际物质形成的卫星，这些卫星随着太阳演变为恒星后，便进升为行星。另一种途径，是太阳已成为恒星后，在其磁力线内新冷凝的陨石组成的小行星，这些星体物质一部份来源太阳喷发的粒子体，另一部分来源于其它恒星。这种小行星的分布轨道，如果离太阳系内大行星轨道接近，很容易受大行星引力场影响，被其捕获，而成其为流星，坠入的流星物质又成为大行星的组成部分。

由于行星在围绕恒星的长期公转过程中，不断吸收恒星释放的辐射、粒子体、气体分子、陨石、流星、彗星散落物等，体积与日俱增，随着质量的增加，引力和地心压力也不断升高。由于行星体的物质性状基本由分子结构呈现，在增压过程中，必然导致分子密度增加，分子与分子中间的距离靠近，迫使分子电子云之间相互接触的机会增加。电子与电子相互摩擦或碰撞会将电子高速旋转的动能以热能的形式释放出来，而造成球体升温。现在地球已在这种高压作用下，将地核升温为数千度的岩浆，火山爆发就是这种内热向外释放的体现。

如果行星长期通过冷凝和引力吸收物质，随着球体的进一步增大，地核的内温也会随着增高，并传导到地表。如果地表的平均温度上升到1000℃时，这个行星就演升为红巨星了。

红巨星这种高温高压状态，会使分子运动进一步加剧，由电子与电子的碰撞，发展到原子核与原子核的碰撞，原有分子裂解形成核聚变，向外猛烈爆发，释放能量和射线，形成超新星。这样，一个新的恒行便产生了。

恒星是星体最强大、最壮丽的阶段，也是其生命走向衰亡的幕年阶段，由于热核反应不断向外释放物质，最终将耗尽能量，形成引力坍塌，人们通常议论的黑洞就处于这个阶段。恒星的残余物质形成冷却收缩，由于质量下降对原星系的引力控制能力也逐步丧失，各行星公转的离心力大于恒星的引力，它们将随惯性的作用，在公转的过程中增加切向量

逐步远离原中心点，这颗恒星也就完成了其历史使命。

宇宙星系的所有天体和物质，就是在这样的星际生命周期的大循环中，一代一代由小到大、由弱到强、由强转衰、由衰亡孕育新的“生命”。这种生存、繁衍、消亡的代生机理，是天体运动和转化的自然规律。

4. 星系的旋臂

在天文观察中，大部分星系会呈现盘状螺旋形，即天文学界所称的旋臂。我们在认识星体的周期循环运动后，对这一现象就有了新的解释。

由于行星、卫星等不发光天体的反射光很弱，构成我们所见星系的光斑，主要由恒星所产生。恒星的这种螺旋分布是经过许多代恒星的生成与消亡所产生的结果。

一个星系的中心，早期是由一个恒星产生，这颗恒星也是经过漫长的星际旅行和由小天体不断吸收天空中的其它恒星释放物质逐步演变而成。在恒星还未爆发之前，由于自身的引力场作用，会在磁力线内捕获来自太空其他恒星的粒子，组成自己的卫星。当自己爆发后也会向自己的卫星和太空释放物质，原来的卫星成长为行星，这些行星也会产生自己的卫星，较大体积的卫星同样也会捕获小天体物质，成为自己的卫星。这些天体运动，除了自身自转，还围绕母星公转。当母恒星核聚变爆发，质量不断损失，其引力逐步下降。星系中，子星体的运行轨道将满足以下函数：

vt为周转半径增加的速度，wt为公转的角速度。这个轨迹就呈现阿基米德螺线。（此公式的数学论证详见本人所著《等速度螺线运动方程问题》） 其各层螺旋轨道面的行星，也会在不断的吸收中演化为恒星，而它的子星在其退化时，同样以螺旋方式逐步远离母星。由于后代各子星呈放射状远离母体，在星系的中心交叉的机会多于边缘，当这些星体生成恒星以后，远处观测就会发现大星系中心的星体更为密集，中心密集的星体的观测亮度也会高于边缘地带，这就是星系产生旋臂的缘故。

一、理性思维的困境

1、归纳法的问题

2、演绎法的问题

二、第一性原理

1、第一性原理的结构

2、逻辑奇点下移

3、欧式几何的立与破

三、各学科第一性原理

1、牛顿力学

2、达尔文进化论

3、林肯

4、亚当斯密看不见的手

四、第一性原理的性质

五、小结

一、理性思维的困境

1、归纳法的问题

常人的逻辑有且只有两种：归纳法和演绎法。

归纳法是人类最基础、最常见的方式，借助感觉和经验来获取并积累知识。归纳法有个经典的案例：在欧洲看到的天鹅都是白色的，在亚洲看到的天鹅都是白色的，在非洲看到的天鹅都是白色的，所以得出一个结论“天鹅都是白色的”。从目光可及的一些个案推出一个普遍性的共案，从特殊到一般，这就是归纳法。

99%的人类日常知识建立在归纳法之上，如今常规科学的主要研究方式也是归纳法。创业者最喜欢归纳法，蓝图上的数据曲线都是一路上扬的，这里有一个暗示：你看我过去的数据是一路上扬的，所以未来我的数据还会更好。这就是用归纳法在做推理。

休谟是经验论者的三大奠基人之一，他相信一切知识始于目光可及的经验。但休谟第一个发现了归纳法的问题：即使所有的前提都正确，结论依然有可能错误。因为归纳法是对经验的简约处理，而人所能接触的经验太少了，受限于个人的时空范畴。

比如，我们并不能把全世界所有的天鹅一个个排查，看到底是不是白色的。但如果不做这件事情，我们就无法证明天鹅都是白色的。不过，如果有一天看到一只黑天鹅，我们可以证明“天鹅都是白色的”这个结论是错的。因此，归纳法只能证伪不能证明。

每个人的经验都来自于归纳法，所以必须承认我们的认知有可能是错的。卡尔波普尔关于科学做了一个非常硬的定义，判定是否为科学的唯一条件就是必须有可证伪性。

2、演绎法的问题

归纳法是从具象到抽象，演绎法是从抽象再到抽象，也就是从已知的知识推演出未知的知识。人类1%的知识来自于演绎法，那1%可能是最重要的1%。哲科思维的重要特征是假设与证明，先有一个假设的前提，然后用它去逻辑推演，这就是演绎法。

举个例子，牛顿推出F=ma这个公式之后，基于这个公式后续所有的推导都是演绎法。伟大的哲学家亚里士多德提出演绎法非常有名的三段论：大前提是所有人都会死，小前提是苏格拉底是人，结论是苏格拉底也会死。

这个推论如果前提是正确的，结论一定正确。由此可见，演绎法能够证明，只要前提正确，结论一定正确。

不过，演绎法并非无懈可击。演绎法必须要保证前提的正确性。

如果演绎法的前提来自于归纳法，那结论一定会有问题。比如，亚里士多德的三段论就有一个问题——凭什么说所有人都会死。

这其实来自于我们的经验：之前所接触的那些人都死掉了，所以推论所有人都会死。注意，这其实是归纳法。我们已经论述过归纳法的不可靠，那么用归纳法得出的结论作为前提去推论也是有问题的。

如果演绎法的前提不能来自归纳法，那只有一个办法：前提必须是另外一个更高链条的演绎推理的结论。问题又来了，如何保证更高链条的前提是正确的？

那个前提也不能来自于归纳法，只能是更更高链条的演绎推理的结论。这件事情不能无限去推，必须有一个自确定的元起点，天然真实，可作为后续所有推理的基石。假如有这么一个东西，就可以保证演绎法后续所有的结论都是可接受的。

这个自确定元起点是混沌大学第二个核心模型，叫第一性原理。第一性原理是我们做逻辑推理的地基，像盖房一样，想把楼房盖的越高，需要往下挖的越深。有了第一性原理，就能保证推理的确定性和稳定性。

二、第一性原理

第一性原理的首创者是亚里士多德，他花了大量篇幅在写第一哲学。第一哲学里提出，任何一个系统一定有自己的第一性原理。第一性原理是一个根基性的命题或假设，不能缺省，也不能被违反。

王东岳说，凡属真正理性化的思想系统，一般都会运行在一条基本原理之上。举几个例子，牛顿力学里面的F=ma，解决了宏观力学问题；狭义相对论E=mc2，这个公式造就了今天的核能时代；达尔文的进化论找出四个字——自然选择，这4个字管了38亿年。王东岳厚厚的《物演通论》尺度大到137亿年，也只有4个字：递弱代偿。

我们广义的思维模型有三个层次：

第一层次，具象模拟。比如我们常用冰山模型，当一讲冰山模型的时候出现了那个形象。比如洋葱模型，立刻知道洋葱一层一层地剥。时光机模型，我坐时光机穿梭到过去。MVP模型，最小化可行性原理。这些是具象模拟，这是第一层思维具象模拟。

第二层次，思维模型。比如价值投资理念，颠覆式创新，市场学4P原理，波特五力，再来抽象化为思维模型。

第三层次，第一性原理。基本属于学科底层的基本道理，比如说物理学机械论，生物学进化论，哲学里面的递弱代偿。

第一性原理是演绎推理的元起点，是所有思维模型得以成立的元根据，第一性原理支撑和定义了一个系统的边界。英文里第一性原理是First Principles，这个First Principle后面有一个s，是说多元第一性原理。第一性原理并不是只有一个系统，它有层级之分，有子系统和大系统。很显然，不同系统里面的第一性原理之间也有层级关系。

举个例子，开普勒行星定律是天文学某一个领域里面的第一性原理，但它只是牛顿万有引力的一个子原理。而牛顿万有引力又是从相对论里面推导出来的一个子原理。每个系统里面都有第一性原理，但是系统和系统之间是有层级的，所以第一性原理也是有层级的，每个都有自己的适用范围。

这也是为什么芒格称之为多元思维模型，以及提出能力圈的概念。某个第一性原理是适用某个系统的，但另外一个系统未必适用。所以，一定要学习各重要学科的重要道理。

1、第一性原理的结构

第一性原理的结构是什么？第一性原理建立在一条或者几条逻辑奇点之上。逻辑奇点是不证自明的事实，或者是更大系统的第一性原理。逻辑奇点这个词是我们解开第一性原理的那把钥匙。奇点这个词来自于宇宙学。所有的科学家、物理学家和天文学家都相信宇宙大爆炸，但宇宙大爆炸之前状态是什么？

不知道，假设为奇点状态。整个宇宙论建立在宇宙有一个奇点假设之上。但是，我们对奇点状态没有任何信息。换句话说，奇点是一个所有物理学家共同认可、不证自明的假设。

如果没有这个假设，就没有所有宇宙理论的后面一切。逻辑奇点也是这个意思，它在系统里不需要被证明，只能被接受，类似于数学里不证自明的公理。

刚才这张图，边界、模型建立在第一性原理之上，第一性原理定义了一个系统边界，而第一性原理下面有一条或者几条不证自明的逻辑奇点。

明白逻辑奇点有两个用处：

第一，如何建立一个系统，答案是找到这个系统的第一性原理。如果你找到了第一性原理，就可以建立这个系统。那么如何找到这个系统第一性原理？答案是找到它的基石假设，找到它的逻辑奇点，这个方法叫做公理化方法。

第二，如何打破一个系统边界，答案是打破这个系统的第一性原理。一旦把这个系统第一性原理打破了，这个系统的边界自然打开。那么如何打破一个系统的第一性原理？答案是，把第一性原理下面支撑它的那个逻辑奇点打破了，这个第一性原理就打破了，我们称之为奇点下移。

2、逻辑奇点下移

奇点下移是，原来有一个逻辑奇点不可解释，但后来找到一个新的逻辑奇点，可以解释原来的逻辑奇点。于是被解释的逻辑奇点被破了，这叫逻辑奇点的下移。举个例子，如果有朝一日，有一个人能对宇宙的奇点进行解释，这个人的成就将会超过爱因斯坦。

100年以来没有第二个物理学家的成就超过爱因斯坦。大家都在爱因斯坦的系统之内来解题。如果想成为下一个爱因斯坦，只要把大爆炸的奇点解释一下。把常人下面那个奇点打破了，就把边界破了，这种事情屡屡发生。

比如说历史上远古时代，人们对这个世界最终的解释是神、上帝。神和上帝是远古时期人们对这个世界解释的逻辑奇点。到了哲科时代，人们用自然现象解释宇宙如何起源，于是神和上帝的逻辑奇点被打破了，这就叫逻辑奇点的下移，这个时代就从神学时代变为哲学时代。

当我们对哲学时代的观点能够进行数据化计量的时代，就是科学时代，又把逻辑奇点打破了。

总结一下，我们的思维模型的立与破。立是建立系统，找到它的第一性原理，方法是公理化方法。然后是破，想建立自己的系统，必须打破此前的系统。下面以欧式几何与非欧几何的例子来讲解公理化方法的“立”与“破”。

3、欧式几何的立与破

公理化这个方法论起源于欧式几何，欧式几何的创始人叫欧几里得，他有一本书叫《几何原本》。欧式几何庞大的几何学建立在5个公理之上，演绎推理出467个命题。这个系统依据几个难以证明，但是看起来相当正确的假设，这几个假设就是不证自明的公理。

第一、两点之间必可连一条直线。这证明不了，必须得接受。

第二、任意线段能无限延长成一条直线。

第三、给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。

第四、所有直角都全等。

第五、若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角和，则这两条直线在这一边必定相交。

这几条不能被证明，只能当作自明的逻辑奇点，到今天人们也不知道，欧几里得是怎样挑出这5条公理的。从那么繁杂的系统里面，挑出这5个基石，然后推导出所有一切，特别令人震惊。

推演每一步必有交代，根据的是哪个公理。就跟计算机运算一样，欧几里得的巨大贡献，绝对不仅仅是建立了几何学，他其实是一个哲学家。他创造了一种演绎法的思维方式，从为数不多的公理出发，推导出整个系统，建立了一个边界。

建立系统的时候，与其从枝杈下手，不如从根本点下手，这个方法论影响了后世很多科学家。比如说笛卡尔、牛顿。

打破一个系统只需要把它的公理戳破。公理破了，系统就破了，欧式几何就这么被打破的，也就是逻辑奇点的下移。欧式几何从公元前300年，一直到19世纪，在2100年时间里无人质疑。

但是，期间数学家们发现了一个反常点，这个反常点就是刚才说的第五公理。数学家们觉得这条有问题，但也说不出来是什么问题。欧几里得推导了很多命题都没有用到这一条公理，大家怀疑这条是不是多余，试图用前四条公理推出第五条，但没有成功。

直到后来，有两个人发现欧式几何有一个重要的隐含假设：这个世界是平直空间。我们讲点、线、面，是因为我们的头脑被设置成平直空间。这两个人，一个是俄罗斯的罗巴切夫斯基，另外一个是德国数学家黎曼，几乎同时意识到这个问题。

他们放弃了第五公理之后，纯粹利用逻辑推演，居然推出两种非平行、平直的空间，打破了原来平直空间的逻辑假设，从而建立了新的非欧几何。要知道，爱因斯坦的广义相对论中的空间几何就是黎曼几何。

所以，从欧式几何到非欧几何，是逻辑奇点从平直空间下移为非平直空间。这就是第一性原理的下移跨越非连续性。

三、各学科第一性原理

对于整个人类几千年以来，真正的知识全都是由第一性原理组成。第一性原理足以构成人类知识的殿堂级宝库。为整个人类贡献了第一性原理这样知识的人叫思想家。我们简单梳理一下4个学科：物理、生物、政治、经济，如何用公理化方法建立第一性原理。

1、牛顿力学

牛顿和达尔文都是工业时代以来的科学家，更是思想家。他们跟笛卡尔一样，都是用普遍怀疑的精神，用公理化方法推导出自己第一性原理，建立近代和当代的世界观。人类有史以来，世界观级别的思想家有且只有三个人。第一亚里士多德，2000年以前建立了西方全部世界观体系的根基。

第二牛顿，他开启的科学革命，引导了工业革命，推动了工商业革命。牛顿的机械论世界观迄今为止，还是西方和全世界主流的世界观。第三达尔文，他的进化论或者演化论世界观，应该引领我们走向未来一个新的世界观。

牛顿大概22岁时，全部思想就形成了，把思想表达出来成书时，完全用的是欧式几何的表达方式。牛顿全部力学建立在两条逻辑奇点之上：引力与惯性。

我们先从亚里士多德讲起，他认为地球上所有物体都是由土元素构成，土元素有一个内在的性质，要向宇宙中心运动，而宇宙的中心是地球。所以一松手，物体下落，物体之所以要运动，这是内在秉性造成的。

这是亚里士多德的逻辑奇点。这个逻辑奇点一千多年以后，被牛顿打破了。牛顿认为物体之所以运动，不是因为内在有这样运动的倾向，是因为有一个外力推动了它。

比如这本书之所以要落下来，是因为地球对这本书有一个引力。牛顿新的逻辑奇点打破了亚里士多德原有的逻辑奇点，于是亚里士多德原有关于运动的理论破了，被牛顿的力学代替。引力是牛顿的基石假设之一。

亚里士多德还有一个静止的原理，他说静止是物体的状态。物体即使运动，最终一定会停下来，静止才是物体的本质状态。而牛顿说，运动的物体将一直保持匀速直线运动状态，除非有外力让它静止下来。

牛顿的观点与日常直觉是相反的。惯性定律是极度反直观的原理，因为我们的经验告诉我们，没有物体会永远运动，运动最终都会停下来。而牛顿说因为物体有惯性，物体本身就可以保持匀速直线运动，除非有外力作用于它。我们今天听熟了惯性这个词，但在最初，是极其震撼的。

整个17世纪，最难发现的就是这个道理。为什么牛顿会反常识提出这个道理—— 求助哲学。牛顿相信古希腊的德谟克里特提出的原子论，他用原子论来解释整个宇宙。在原子论里，原子处于真空当中，原子很小，真空极大，也就是说原子和原子相撞的机会几乎没有。

“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与它们碰撞时，它们一定以相等的速度运动。”与之类比，每一个星球是一个原子，整个宇宙星球和星球之间是大量真空。在这种情况下，整个宇宙就是一个由无限原子组成的世界。根据原子论的宇宙观，在无限宇宙当中，由于空间太大，单个原子一旦运动起来，不会受到任何阻力，此时会永远匀速运动。

其实是原子论启发了牛顿。牛顿完全从哲学而不是从直观感受中获得了惯性定律。惯性定律一旦提出以后，根据假设演绎法，就得出牛顿的第一性原理：万有引力。惯性+引力，推演出万有引力。

奇点的下移，使得整个边界打开了。两千年时间，数以十万计的科学家和知识分子活在亚里士多德的边界之内。只有牛顿跳出这个边界，找到新的逻辑奇点。正是因为他跳出来了，我们整个人类才有了今天的科学革命、工业革命、工商业文明、信息时代。

2、达尔文进化论

达尔文的进化论有且仅有两个逻辑奇点。

在达尔文之前，人们普遍认为所有的物种是由上帝创造出来的，言外之意就是上帝把物种创造出来之后，就没有新物种了。达尔文在上船之前相信上帝的设计论，但他本人又是一个科学家，有可证伪性精神。

他把搜集的标本拿回英国考察，的确被发现有新的物种产生了。他发现了进化论。

但达尔文对科学的研究并没有到此为止，知其然还要知其所以然，他要为进化论找到一个解释它的机制。在5年远航期间，他发现了第一个机制，也是第一个假设，遗传变异。

遗传变异不是一个词，是两个词，第一个词遗传，遗传是在繁殖过程当中，把原有基因原样不动拷贝到下一代里面去；所谓变异，是在遗传过程当中，一定会有基因发生变异。

在达尔文时代，其实没有基因这个词，还不知道基因运作的机制，他说我不知道遗传的机制是什么，但我坚定相信有遗传这件事情的存在。

但为什么有了遗传变异能产生新物种，他还是找不到道理，跟牛顿一样，这时候达尔文又一次求助哲学。

1837-1838年是达尔文一生当中在知识上最活跃、最亢奋的时期，他贪婪阅读各种书籍和杂志，不仅有地质学、生物学还有大量哲学和形而上学的，这段时间达尔文急剧地转向了不可知论。

所谓不可知论，是指认为所有重要的知识人类还未了解，过去所有的洞见都可以被打破。正是因为有了这样哲学上的预备， 1838年9月28日达尔文阅读《人口论》，里面提到人口的繁殖跟竞争的关系，他突然顿悟得到了他的第二个基石假设，四个字，生存竞争。

资源稀缺会导致竞争，每一代繁殖都会有遗传和变异，适应的基因被选择下来，不适应的被淘汰下去，久而久之这些变异的累积会产生新物种。然后达尔文的假设演绎法由此形成了。

我们再描述一下，遗传变异，生存竞争，两个逻辑奇点形成达尔文的第一性原理：自然选择。

牛顿和达尔文是近代和当代最重要的两个科学家和思想家，他们的理论推导过程如此简洁，他们的思维方式深受欧几里得和笛卡尔的影响，完全是这种普遍质疑、公理化方式，找到公理后，第一性原理自然而然就出来了。

而这个第一性原理一旦找到以后，整个学科就建立起来了。所以达尔文以后的学科不用他亲自去建立，他找到自然选择之后，后代的科学家开始工作，系统就出来了。

当我们讲管理的时候，管理的底层边界是牛顿的机械论。可是当我们讲创新的时候，创新最底层的边界是达尔文的进化论。一定要学习达尔文的进化论，这个生物学思维一定会为创新打开无数大门，这就是第一性原理，这就是哲科思维。

3、林肯

人类简史有一个观点，说美国建国以前和之后，整个政治学的大贡献就是美国政治学的第一性原理，人生而平等。

这是写在1776的《独立宣言》里的。在这个理念之前，几乎全世界所有的政治理念都是人生而不平等，这是之前的逻辑奇点。日本有层级、中国古代有层级、印度有层级、大英帝国有层级，只有到了美国、美洲没有层级。

美国《独立宣言》是第一性原理式的一篇文章，《独立宣言》开篇的第一句话：我们认为这是一个不证自明的真理，人生而平等。如果看的懂西方文本的特征，第一句话就是整个体系的第一性原理，后面所有条文都是在这句话当中产生出来的命题而已，这句话的分量可想而知。

林肯有一个著名的两分钟演讲，两分钟演讲里面第一句话依然是人生而平等。人类简史说，人生而平等这句话在生物学上是不成立的，生物学上没有任何两个生物是完全一样的。所以人生而平等只能是个假设和理念。而这个假设和理念构成了今天美国政治学的逻辑奇点和基石假设，没有任何人敢否定这句话，这是所有政治正确里面最政治正确的一句话。

研究发现，这句话的逻辑奇点来自于清教思想和古希腊思想。清教和古希腊哲学对美国建国的那一小撮先德们产生了剧烈影响。

林肯最伟大的贡献有两个：第一防止国家分裂，南北战争；第二解放黑奴。解放黑奴现在看来是很简单的事，但在当初，议会里全是白人，大部分是反对黑奴独立的。

在那样的政治氛围之内，签署这个法律并且让议会通过非常艰难。奥斯卡影片《林肯》里有一个场景，在签发解放黑奴的法律之前，林肯一个人独坐在书房，拿起欧式几何来看。看到欧式几何的第四公理：所有直角都相等。

这就是第一性原理，这就是欧式几何的力量。所有人会认为欧式几何仅仅是一个几何，而那一小撮人能看到欧式几何是一个哲学。正是在欧式几何的影响之下，建立了人生而平等的基本原则，也就是第一性原理的下移铸就了今天美国政治的根基。

4、亚当斯密看不见的手

当代经济学最重要的一个第一性原理来自于亚当斯密，叫看不见的手。在亚当斯密之前，几乎所有人的基石假设是为富不仁。无论是中国的文化、西方的文化全都一样。

《圣经》有句话，富人上天堂，难过骆驼钻过针眼。普遍认为这个世界的财富被富人抢过去了，所以穷人会越来越穷。

亚当斯密打破了这个逻辑奇点。在他1776年出版的《国富论》这本书里提出了看不见的手，他推论说，把你的财富投入到再制造、再流通当中去，你的财富本身就给这个世界创造了价值。

人变得富有，不是因为剥削，而是因为这个饼变大了。是创业家和企业家把这个饼变大了，而不是创业家、企业家把穷人给剥削了。亚当斯密说，每个人只要按照个人的利益去走，在一个看不见的手的指引之下，通过分工和市场的作用，国家就会富裕。

经济增长的模型特别像奇点大爆炸之后的宇宙膨胀。宇宙从137亿年前奇点状况一直膨胀，今天宇宙状态继续膨胀。财富总额也是持续膨胀的。

我们再看人类简史里面的数据，公元1500年的时候，全球人口5亿，人均产值550，全球GDP2500亿，2010年全球人口70亿，全球GDP60万亿，涨了240倍。

四、第一性原理的性质

第一性原理跟平时从经验里边用归纳法提炼出来的具象思维模型，到底有什么区别？

归纳法可以得到一些具象模拟，演绎法可以得到一些抽象的思维模型，通过哲科思维的第一性原理是继续把它给抽象化，到一个系统最底层的那一条叫第一性原理，这三个层级是非常不一样的。

第一性原理是一个哲学概念。第一性原理有三个哲学上的特征：

第一，第一性原理是第一因。第一因是哲学里面的词汇，用大白话有点像从头算，找到那个头。第一因目的是为演绎法寻找根基。

第二，第一性原理必须符合简一律。判断一个系统是不是理性系统只有一个标准，这个理性系统一定要运行在一条基本道理之上。而且这是这个学科是否成熟的一个标志。

第三，第一性原理的最大作用是提供了曲线转换的动力因。古希腊哲学有两大问题，第一是实体问题，第二变化问题，实体问题思考的是构成事物的基本元素是什么，变化问题在思考这些基本元素怎样变化，生成这些我们看到的事物。

基本元素是不变的，变化的是基本元素之间的组合关系，这就是还原论，原子论的说法。

这两大问题背后还应该有一个第三大问题：第一，事物可以拆解为基本要素，是实体问题；第二：实体要素之间的变化会组合成事物，是变化问题；第三，这些基本要素为什么要变化，推动这些基本要素变化的动力因是什么。

而第一性原理最大的作用，就是提供推动变化的动力因。牛顿的F= ma这个力提供了原子之间分离和组合的动力因。生物学实体是基因，基因是不变的，基因之间的分离和组合，是遗传和变异。达尔文研究的就是基因为什么要变化那个动力因，也就是自然选择，生存竞争。

生存竞争、自然选择的作用力下适应的变异留下来，不适应的被淘汰，然后新的物种产生。

由此可见，第一性原理提供动力因。再看经济学、创新学。熊彼特把经济体拆解后有技术、产品、市场等基本要素，所谓创新就是哲学思维中的变化，指的是这些基本要素的新组合。

这些基本要素之所以要重新组合，是因为有一小撮人叫创业家，在投资家金钱的支持之下，把这些要素从原有体系里面拉出来，重新组合。而哪些要素会成为未来的主流经济结构，依靠自然选择。再看马斯克，他的动力因是物理学的还原论思维，拆吧拆吧，拆到第一点，然后重新组合。乔布斯的动力因是变化思维，而且连续性变化。

一个产品刚刚发布之时，他已经开始了下一个产品的研发，等待摧毁上面这个产品。完全是把非连续性运用到日常每一个行动当中去了。

马化腾也是生物学思维。从QQ到微信，不是布局出来的，是从下而上长出来。马云跟别人不一样，他不做执行的事情，甚至不做战略的事情。他只做一件事情，就是跳出边界。

这些例子说明，第一性原理一定不是使命和价值观，一定不是公司文化，一定不是企业目标那些东西。换一句话，凡是目光所及范围之内，用眼、耳、鼻、舌、身体验出来的一定不是第一性原理。

第一性原理是所有表象背后不变的东西，才是第一性原理，是一个哲学概念，需要调动哲科思维才能找到的那个东西，叫第一性原理。

五、小结

回顾一下这两节课的内容。我们眼、耳、鼻、舌、身所活着的现象世界里边，会产生一个经验的边界。由于所在的时空太窄，把所在时空的经验用归纳法整理出来一定是错误的，会把我们束缚在里面。

需要用思维模型去打破。思维模型是我们对这个世界的简化，思维模型就像眼睛把光扭曲为颜色一样，我们的逻辑把世界扭曲为思维模型，这叫思维模型决定论。

绝大多数人到这一步就够了，一小撮人如果还不满意，还想往下走，需要新的思维方式来打破思想的边界，取得更大的成就，这个思维方式叫哲科思维。

只有哲科思维能打破我们的思想边界。演绎法不能证伪，所以需要给演绎法提供一个根基，即第一性原理。第一性原理的方法论是普遍怀疑和奇点下移，由此破除群体效应。

每一个边界建立在第一性原理之上，第一性原理定义建立在几个逻辑奇点之上。人类既有的思维模式构成了边界，一旦打破这个边界，就会变成以前的十倍好，一切进步都来源于对原有边界的打破。

2)从最低点分开，链条分为左右两部分，以任意部分做研究对象均可，现以右半部分为研究对象，则其受力为重力Mg/2，拉力T，和左边提供的张力T*，且T与重力Mg/2之间的夹角仍为（90-Q）度。故而由受力分析可得T*=Mg/(2cotQ)

(三力平衡，若不在同一直线，则必交与一，即三力共点定理，应用此定理可以将三个力移动至同一点进行受力分析）

首先要明白离合器的原理：离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。离合器是机械传动中的常用部件，可将传动系统随时分离或接合。对其基本要求有：接合平稳，分离迅速而彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量小；耐磨性好和有足够的散热能力；操作方便省力，常用的分为牙嵌式与摩擦式两类。

离合器在低速行驶的时候就是一个刹车的作用是错误的概念。一定要打消掉，因为很危险。离合器在低速行驶时起一个刹车的作用要这样理解：车辆在上坡低速行驶时，也就是发动机的动力大过车辆行驶的阻力时，踩下离合器车辆的速度会减慢，那是车辆的阻力加大而减速，而不是踩下离合器而起的起刹车作用。如果是下坡的话，踩下离合器有时会比有发动机的牵引力时的速度还要快。所以在驾驶科目有一项禁止下坡空挡滑行。

关于地球自转的各种理论都还是假说。考虑地球自转的成因应该和地球公转结合起来，在宇宙中没有绝对静止的物体，受到各种外力的大质量的天体为了保持自身运动的平衡性必然依靠自转来维系平衡性。

宇宙中有以太的存在，由于以太的存在范围无限大，并且一直处于运动状态，地球及太阳均处于以太当中，地球及太阳都会受到来自以太的作用力。

在这个力的作用下沿着以太的运动方向开始运动，而地球在受到以太的作用力时还要受到太阳的对它的吸引，在这两种起到决定性的力的作用下，地球开始自转。

扩展资料：

起源

艺术家想象下的原行星盘。

在理论上，地球的形成是太阳系诞生的一部分：最初只是大量的、旋转中的尘埃、岩石和气体，最后终于形成太阳系。组成它的化学元素是来自大爆炸产生的氢和氦，还有超新星释放出的重元素。

这个星际尘埃是不均匀的，重力吸积过程上任何的不对称，导致最终形成行星的角动量。 目前的转动周期是初始的旋转受到其它因素影响的结果，包括潮汐力和忒伊亚碰撞假说。

地球自转的证据

在地球转动的参考座标系中，一个自由运动物体的路径，相对于一个固定参考座标系统，会产生视路径偏移的现象。由于受到科氏力的影响，下落的物体将会从垂直于释放点的铅锤线上向东偏移，并且在北半球的弹道会从它们射出的方向向右偏转（南半球的向左偏转）。

科氏力的影响有各种不同的表现形式，特别是在气象现象上，南半球和北半球的气旋有着不同的旋转方向。虎克，依据牛顿在1679年的建议，从8.2米的高度抛下一颗球，预测会向东偏移半毫米，但是这个实验未能成功。

而最终在18世纪末和19世纪初才由波洛尼亚的Giovanni Battista Guglielmini、汉堡的Johann Friedrich Benzenberg，和弗莱贝格的Ferdinand Reich，使用高塔小心的释放质量才获得结果。

参考资料来源：百度百科—地球自转