淺議物理學中的唯物主義辯證法之質量互變規律

馬曉進

【摘 ? ?要】質量互變規律是唯物主義辯證法的基本規律之一，社會科學和自然科學的發展無不遵從這個基本規律。物理學作為一門自然科學，包含了唯物主義辯證法之質量互變規律的豐富內容，本文通過大量的例子，闡述了質量互變規律在物理學中的體現。

【關鍵詞】自然辯證法;物理學;質量互變

作者：山西省沁源縣第二中學

自然辯證法是一門自然科學、社會科學與思維科學相交的哲學性性質的學科，他從自然觀、方法論和價值論方面，研究科學技術及其與社會的關系，因而自然辯證法是科學技術研究的思想理論的基礎，而唯物主義辯證法作為自然辯證法的最高形態，揭示了自然、社會和人類思維發展的普遍規律，物理學作為一門自然科學，也遵從唯物辨證法的基本規律。

質量互變規律是唯物辯證法的基本規律，它揭示了一切事物現象發展過程中量變和質變的內在聯系及其相互轉化。量變表現為事物及其特性在數量上的增加或減少，是一種連續的不顯著的變化;質變是事物根本性質的變化，是由一種質的形態向另一種質的形態的突變。事物的量的增加或減少，在一定限度內，不會引起質變，事物仍然保持自己固有的特性與特點。但量的變化一超出事物質極限，就引起事物的質變。量變引起質變，質變又引起新的量變，它們的辯證關系構成了事物變化的實際內容，相互依存，相互滲透。

1、水的相變

水的相圖，如圖1所示：

圖1

水在0～100℃之間隨溫度變化而引起的性質變化是一個量變過程（保持了液態水的性質，如密度、粘度、表面張力等），在100℃時，水的蒸氣壓與外界大氣壓（等于1.013×105Pa達到平衡，水開始沸騰。顯然，100℃時水面和水體內部同時劇烈地大量轉化為水蒸氣而發生根本的質變（密度、粘度、蒸氣壓、表面張力的突變）。但是在這以前，即溫度在0～100℃之間，水體表面無時不刻地有部分水分子由于獲得較高的能量，先轉化為水蒸氣溫度升高，逸出水面的水分子增多，從而使蒸氣壓增大這個過程就是局部范圍內所發生的質變。

值得注意的是，這里的部分質變、量變和根本質變是有區別的。首先，部分質變雖然依賴于量變，但不等于單純的量變。其次，部分質變雖然也屬于一種質變，但它并不改變整個事物的質的規定性，不解決事物的根本矛盾，只是在量變范圍內有某些較小的質變，而根本質變雖然以量變為前提，但它卻標志著事物整個質的變化和根本矛盾的解決。另外，部分質變、量變和根本質變又是緊密聯系的部分質變是事物由量變過渡到根本質變的必經階梯，一方面它加速了量變的發展過程，另一方面它促進了根本質變的發生。

2、帶點細棒垂直平分線上一點的場強

從靜電學中各種形狀帶電體的場強分布規律來看，電場強度E和距離半徑r之間似乎遵守一個量變到質變的普遍規律。物理學中用到的點、無限長、無限大等概念，表面看很抽象其實很具體。例如有限長帶電細棒垂直平分線上一點的場強為

（1）

當場點到棒的距離r遠小于棒的長度L時，這個場強的分布形式就變成 ? ? ? ? ? ? ，其中入是個常數（λ=QL），E隨r而變，是量的變化，但當小r到一定程度，E的表達式就發生了變化，這就可看成質的變化。這種從量變到質變的過程在研究場點到帶電體間距離不斷增大的過程表現的更加明顯。比如說對于（1）式我們還可以作進一步的討論：當r>>L時， ? ? ? ? ? ? ? ? ，這與點電荷產生的場強分布 ? ? ? ? ? ? ? 一樣，根據點電荷的概念可知，所求出的任何帶電體的場強分布形式，當r遠大于其本身尺度時都應轉變為點電荷的場強分布形式。這說明E隨r而變，是一個量變問題，但當r大到一定程度，E的空間分布形式即發生了變化，這就是質變。反過來說，從遠處看各種形狀的帶電體之間場強分布都是一樣的。隨著場點不斷靠近帶電體，不同形狀的帶電體之間場強就表現出不同的分布規律。

在物理學中，量變引起質變的內容很多：靜摩擦力變為滑動摩擦力也是量變到質變——當靜止在水平面上的物體受到的動力從零開始增大時靜摩擦力也從零開始增大，直到動力等于最大靜摩擦力。這個階段的靜摩擦力處于量變階段性，始終是靜摩擦力。當動力再增加時，摩擦力突然變小且保持一定數值，這時的摩擦力發生了質的變化，由靜摩擦力變成了滑動摩擦力;在電學中短路現象也體現了量變到質變的規律——給一用電器兩端加電壓使自由電荷定向移動，電壓不斷增加，定向移動的電荷速度變大，即電路中電流增加。當用電器承受不了高壓時用電器被擊穿即出現短路現象，這也是量和質的轉換。在光學中，光由光密介質射向光疏介質，在兩種介質的交界面上光要產生折射和反射，兩條光線同時存在，隨著入射角的不斷增大，反射角在不斷增大，折射角不斷減小，這是一個量變的過程，當入射角增大到等于臨界角C時，折射角突然消失，發生全反射，這是一個質的飛躍，這里，臨界角C是質變點。

還有，像彈性物體在外力作用下超過彈性限度引起范性形變的過程（彈性限度是質變點）;自然光入射到兩種各向同性介質的分界面時，通常情況下反射光和折射光都是部分偏振光，但當入射角逐漸增大到某一特定值i0（i0滿足i0=arctann2/n1）時，則反射光中只有垂直入射面的分振動而成為完全偏振光（布儒斯特角i0為質變點）;物體的速度大到與光速可比時，牛頓運動定律就失效，需要用相對論研究問題（光速c可近似看作質變點）;鐵磁質在磁化過程中，當溫度升高到“居里點”以上時，磁疇被全部瓦解，會變成普通的順磁質（居里點質變點）;導體由正常態逐漸降溫至電阻突然為零，變為超導態的過程（臨界溫度是質變等等。這些都是物理學中量變到質變這一辯證法則生動的例證。我們不妨再想一下，一個鐵原子有沒有鐵的性質？關于化學性質，我們知道分子是保持化學性質的最小粒子，對于鐵，鐵是由鐵原子構成的，鐵原子保持了鐵的性質，對于物理性質，我們不妨做一個大膽的假設，一個鐵原子沒有鐵的物理性質，而當原子數增加某一個值時，才有鐵的性質，我們可以將這個數值作為質變點。

質量互變規律告訴我們：在一些物理學問題中可以使用極限法得到解決，而且要注重質變點的特殊性。

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