浅议物理学中的唯物主义辩证法之质量互变规律

马晓进

【摘    要】质量互变规律是唯物主义辩证法的基本规律之一，社会科学和自然科学的发展无不遵从这个基本规律。物理学作为一门自然科学，包含了唯物主义辩证法之质量互变规律的丰富内容，本文通过大量的例子，阐述了质量互变规律在物理学中的体现。

【关键词】自然辩证法;物理学;质量互变

作者：山西省沁源县第二中学

自然辩证法是一门自然科学、社会科学与思维科学相交的哲学性性质的学科，他从自然观、方法论和价值论方面，研究科学技术及其与社会的关系，因而自然辩证法是科学技术研究的思想理论的基础，而唯物主义辩证法作为自然辩证法的最高形态，揭示了自然、社会和人类思维发展的普遍规律，物理学作为一门自然科学，也遵从唯物辨证法的基本规律。

质量互变规律是唯物辩证法的基本规律，它揭示了一切事物现象发展过程中量变和质变的内在联系及其相互转化。量变表现为事物及其特性在数量上的增加或减少，是一种连续的不显著的变化;质变是事物根本性质的变化，是由一种质的形态向另一种质的形态的突变。事物的量的增加或减少，在一定限度内，不会引起质变，事物仍然保持自己固有的特性与特点。但量的变化一超出事物质极限，就引起事物的质变。量变引起质变，质变又引起新的量变，它们的辩证关系构成了事物变化的实际内容，相互依存，相互渗透。

1、水的相变

水的相图，如图1所示：

图1

水在0～100℃之间随温度变化而引起的性质变化是一个量变过程（保持了液态水的性质，如密度、粘度、表面张力等），在100℃时，水的蒸气压与外界大气压（等于1.013×105Pa达到平衡，水开始沸腾。显然，100℃时水面和水体内部同时剧烈地大量转化为水蒸气而发生根本的质变（密度、粘度、蒸气压、表面张力的突变）。但是在这以前，即温度在0～100℃之间，水体表面无时不刻地有部分水分子由于获得较高的能量，先转化为水蒸气温度升高，逸出水面的水分子增多，从而使蒸气压增大这个过程就是局部范围内所发生的质变。

值得注意的是，这里的部分质变、量变和根本质变是有区别的。首先，部分质变虽然依赖于量变，但不等于单纯的量变。其次，部分质变虽然也属于一种质变，但它并不改变整个事物的质的规定性，不解决事物的根本矛盾，只是在量变范围内有某些较小的质变，而根本质变虽然以量变为前提，但它却标志着事物整个质的变化和根本矛盾的解决。另外，部分质变、量变和根本质变又是紧密联系的部分质变是事物由量变过渡到根本质变的必经阶梯，一方面它加速了量变的发展过程，另一方面它促进了根本质变的发生。

2、带点细棒垂直平分线上一点的场强

从静电学中各种形状带电体的场强分布规律来看，电场强度E和距离半径r之间似乎遵守一个量变到质变的普遍规律。物理学中用到的点、无限长、无限大等概念，表面看很抽象其实很具体。例如有限长带电细棒垂直平分线上一点的场强为

（1）

当场点到棒的距离r远小于棒的长度L时，这个场强的分布形式就变成             ，其中入是个常数（λ=QL），E随r而变，是量的变化，但当小r到一定程度，E的表达式就发生了变化，这就可看成质的变化。这种从量变到质变的过程在研究场点到带电体间距离不断增大的过程表现的更加明显。比如说对于（1）式我们还可以作进一步的讨论：当r>>L时，                 ，这与点电荷产生的场强分布               一样，根据点电荷的概念可知，所求出的任何带电体的场强分布形式，当r远大于其本身尺度时都应转变为点电荷的场强分布形式。这说明E随r而变，是一个量变问题，但当r大到一定程度，E的空间分布形式即发生了变化，这就是质变。反过来说，从远处看各种形状的带电体之间场强分布都是一样的。随着场点不断靠近带电体，不同形状的带电体之间场强就表现出不同的分布规律。

在物理学中，量变引起质变的内容很多：静摩擦力变为滑动摩擦力也是量变到质变——当静止在水平面上的物体受到的动力从零开始增大时静摩擦力也从零开始增大，直到动力等于最大静摩擦力。这个阶段的静摩擦力处于量变阶段性，始终是静摩擦力。当动力再增加时，摩擦力突然变小且保持一定数值，这时的摩擦力发生了质的变化，由静摩擦力变成了滑动摩擦力;在电学中短路现象也体现了量变到质变的规律——给一用电器两端加电压使自由电荷定向移动，电压不断增加，定向移动的电荷速度变大，即电路中电流增加。当用电器承受不了高压时用电器被击穿即出现短路现象，这也是量和质的转换。在光学中，光由光密介质射向光疏介质，在两种介质的交界面上光要产生折射和反射，两条光线同时存在，随着入射角的不断增大，反射角在不断增大，折射角不断减小，这是一个量变的过程，当入射角增大到等于临界角C时，折射角突然消失，发生全反射，这是一个质的飞跃，这里，临界角C是质变点。

还有，像弹性物体在外力作用下超过弹性限度引起范性形变的过程（弹性限度是质变点）;自然光入射到两种各向同性介质的分界面时，通常情况下反射光和折射光都是部分偏振光，但当入射角逐渐增大到某一特定值i0（i0满足i0=arctann2/n1）时，则反射光中只有垂直入射面的分振动而成为完全偏振光（布儒斯特角i0为质变点）;物体的速度大到与光速可比时，牛顿运动定律就失效，需要用相对论研究问题（光速c可近似看作质变点）;铁磁质在磁化过程中，当温度升高到“居里点”以上时，磁畴被全部瓦解，会变成普通的顺磁质（居里点质变点）;导体由正常态逐渐降温至电阻突然为零，变为超导态的过程（临界温度是质变等等。这些都是物理学中量变到质变这一辩证法则生动的例证。我们不妨再想一下，一个铁原子有没有铁的性质？关于化学性质，我们知道分子是保持化学性质的最小粒子，对于铁，铁是由铁原子构成的，铁原子保持了鐵的性质，对于物理性质，我们不妨做一个大胆的假设，一个铁原子没有铁的物理性质，而当原子数增加某一个值时，才有铁的性质，我们可以将这个数值作为质变点。

质量互变规律告诉我们：在一些物理学问题中可以使用极限法得到解决，而且要注重质变点的特殊性。

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