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1、慣性與慣性系摘要：對于地球來說，慣性系就是圍繞地球分布的一系列同心球面，在同一個球面上的所有點，其引力勢都相等。只有靜止或沿著等勢面作勻速圓周運動的物體，才能看作不受外力的作用。關鍵詞：慣性系、等勢面、慣性定律早在古希臘時期，亞里士多德就建立起了自然主義的宇宙體系，大地是球形的，地球是宇宙的中心，這是第一個沒有上下區(qū)分，空間各方等價的參照系。他認為，一切物體都有達到它天然位置的傾向，重物要向地心運動，天上的物體，如太陽、月亮、星星等都處于它們天然位置上作完美的圓周運動，表明了認識到自然界物體位置和空間存在有某種最佳分布狀態(tài)，這是承認絕對參照系存在的思想
2、萌芽。伽利略提出的相對性原理表明，凡是相對于某一慣性系作勻速直線運動的參照系都是慣性系，不可能判明哪一個慣性系是處于絕對運動狀態(tài)或絕對靜止狀態(tài)，每個慣性系就是一個特定的無限延伸的空間。所以伽利略相對性原理實質(zhì)上是提出了一個無限延伸的平直空間體系，在這個空間中，沒有特殊的點和特殊點方向，選擇任何一點作為參照系原點都是等價的，不影響物理定律的性質(zhì)。指出了在慣性運動范圍內(nèi)是不存在絕對空間和絕對運動的。牛頓在創(chuàng)立他的經(jīng)典力學時引進了絕對空間和絕對時間作為有效參照系，牛頓的時空是完全脫離物質(zhì)獨立存在的，他的絕對空間是一個歐幾里德無限空間，它是均勻的各向同性的，是
3、一個沒有邊界的大容器，宇宙間的所有物體通過萬有引力分散懸放在這個大容器內(nèi)。但是，牛頓引進的空間同伽利略的空間是有區(qū)別的，枷利略的空間里不存在絕對參照系，而在牛頓的空間里卻存在一個絕對參照系。相對這個參照系的空間是絕對空間，相對這個參照系的運動就是絕對運動。由于把物體的運動同空間的性質(zhì)看成毫無關系，所以，牛頓最終也沒有找到絕對參照系的起始原點。因為，對于一個無限的平直空間來說，所有的點都是等價的，不可能找到一個特殊的坐標原點。只有在以引力中心為原點的球面坐標系里，才會有一個特殊的坐標系存在。牛頓在《自然哲學和數(shù)學原理》一書中是這樣來描述慣性定律的：“外力
4、是施加于某物借以改變其現(xiàn)狀的一種作用，無論該現(xiàn)狀是靜止的或勻速直線運動的”，①也就是通常所說的：“物體在不受外力作用時保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)。”牛頓的慣性定律必須在平直的空間內(nèi)才能成立。因為只有在平直空間里，物體在不受外力的作用下，才可以一直沿著直線作勻速運動維持到無窮遠處。問題就出在牛頓所要求的脫離物質(zhì)作用的絕對空間實際上是不存在的，空間的特性總是同物質(zhì)作用聯(lián)系著的，只有在物質(zhì)的相互作用之中才能顯示出來。因此，牛頓的平直空間同萬有引力定律之間存在著一個邏輯矛盾：按萬有引力定律，宇宙間一切物體都具有萬有引力，那么，圍繞著每個物體周圍都存在著引力場
5、。對于一個單獨物體，它的引力場無法顯示出來，如果在引力場里有一個相對物體很小的單位質(zhì)量的物體，這時，物體周圍的空間性質(zhì)立即就顯示出來了。實際顯示的空間并不是如牛頓所描述的平直的絕對空間，物體的引力場同電荷場的分布是一樣的，引力作用隨著離開物體的距離r的增加而以m/r2形式不斷減小，而與物體的質(zhì)量m成正比，密度愈高質(zhì)量愈大的物體，周圍空間引力場強度愈大，彎曲也愈厲害?？梢砸胍?m/r的概念來表示物體周圍的空間分布，對于一個單獨的物體來說（可看成物質(zhì)均勻分布的對稱球體），引力勢分布是一系列從引力中心向外連續(xù)分布的同心球面（實際上兩個相鄰球面的能量差至
6、少為一個量子數(shù)h），各球面上的引力勢隨離中心的距離增加而增加。處在同一個球面上的所有點，其引力勢都相等。引力勢相等的曲面稱為等勢面。所以，當一個物體在引力場中運動時，只要物體作跨越等勢面的運動，也就是作變速運動，就必定受到了力的作用。如果物體不受外力的作用，則物體將保持靜止或作沿等勢面的勻速圓周運動。對于只有一個單獨的中心體來講，物體將圍繞中心體作圓周運動。如地球圍繞太陽，電子圍繞原子核的運動。它們各自穩(wěn)定在相應的軌道上，只有在受到外力作用時，物體才會作跨越等勢面的運動，而這種運動則必然要改變物體的慣性能。對于由多個物體構成的引力中心系統(tǒng)，它們的引力勢
7、會相互疊加會改變等勢面的形狀，成為不是同心球面，如果再考慮到系統(tǒng)外物體的影響，則等勢面的空間結(jié)構會變得較為復雜，沿等勢面運動更是復雜的曲線運動。我們以上推斷的結(jié)論同牛頓的慣性定律有著顯著差別。牛頓慣性定律認為：物體在不受外力作用時，物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。但我們可以看到，在處處存在著萬有引力的宇宙空間里，空間不再是歐幾里德的平直空間，物體在彎曲的空間里運動，勻速直線運動必定會與引力等勢面相交，因此，不受到外力作用的勻速直線運動是不可能永遠繼續(xù)下去的，要使不受外力作用的物體勻速運動能持續(xù)維持，物體必須沿著引力等勢面運動。只有當離引力中心的曲率半
8、徑相當大時，沿曲面的運動才能近似看作直線運動。也就是說，牛頓第一定律的正確描述應該是：物體在不
