論經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)現(xiàn)行的慣性觀

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1、論經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)現(xiàn)行的慣性觀摘要:對(duì)經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)現(xiàn)行的慣性觀提出了不同的看法，認(rèn)為對(duì)于慣性要區(qū)分：個(gè)別研究對(duì)象的性質(zhì)與存在的性質(zhì)；保持某種狀態(tài)的性質(zhì)與改變某種狀態(tài)的性質(zhì)；物理學(xué)規(guī)律的動(dòng)力學(xué)特性與審美性。關(guān)鍵詞:慣性；存在；時(shí)間；空間慣性是經(jīng)典力學(xué)中的一個(gè)基本概念，同時(shí)它又是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)基礎(chǔ)性觀念，并且慣性問題也是經(jīng)常被物理學(xué)界討論的一個(gè)話題（1）?？墒?，盡管經(jīng)典力學(xué)經(jīng)過了漫長的發(fā)展時(shí)期，大部分的物理教師在此問題上還存在著很多的混亂性（2），本文試從幾個(gè)方面對(duì)慣性進(jìn)行了討論，望引起大家的共識(shí)。一、慣性的意義大家知道，慣性是物體保

2、持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)（3）。一個(gè)物體，只要不受外力作用，原來靜止的就會(huì)一直靜止下去，而原來運(yùn)動(dòng)的則會(huì)一直作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這里的問題在于：慣性是否是物體的性質(zhì)？依據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律，任何物體均具有慣性。因而，看來慣性不是被研究物體的性質(zhì)，因?yàn)檫@一性質(zhì)是一切物體所具有的，也就是說它與物體的個(gè)別特征無關(guān)。因而，慣性只能是存在的一個(gè)特征，是被研究對(duì)象周圍的環(huán)境在此對(duì)象上的表現(xiàn)。換一句話說，它是存在于物體周圍的一種條件，一種約束。二十世紀(jì)初，德國數(shù)學(xué)家諾特爾（4）證明了：空間平移對(duì)稱性導(dǎo)致動(dòng)量守恒、空間轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱性導(dǎo)致角動(dòng)量守恒、而時(shí)

3、間均勻性導(dǎo)致能量守恒。事實(shí)上，物體的慣性是時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性的必然結(jié)果。因而它與個(gè)別的特殊研究對(duì)象無關(guān)。慣性不是個(gè)別存在物的性質(zhì)，個(gè)別存在物只是慣性的顯現(xiàn)者，慣性的本質(zhì)與個(gè)別存在物的特性無關(guān)。從而我們就不能用反映個(gè)別存在物性質(zhì)的量（例如質(zhì)量）來測(cè)度慣性。因?yàn)閼T性作為存在的一種顯現(xiàn)，并無大小可言，它只是存在之狀態(tài)的表達(dá)。二、慣性與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的難易程度無關(guān)通常認(rèn)為質(zhì)量是物體慣性大小的量度是據(jù)于這樣的理由：質(zhì)量大的物體在相同的力作用下其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。這是由牛頓第二定律所得到的基本結(jié)論。而事實(shí)上物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否變化，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

4、的變化是難還是容易是與慣性無關(guān)的。慣性所揭示出的物體之性質(zhì)不在于其使（或抗拒）物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變或代表改變的難易程度的能力，而在于它的保持某種特定狀態(tài)（靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)）的本領(lǐng)：在最相似的物之間，錯(cuò)覺說著最巧妙的謊；最小的罅隙是最難度（5）。因而慣性與物體的質(zhì)量無關(guān)。倘若慣性與物體的質(zhì)量有關(guān)的話，則我們也可以說力與慣性也有關(guān)系。因?yàn)閷?duì)于相同質(zhì)量的物體而言，力越小其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就越難改變。因而，也即力越小物體的慣性越大。事實(shí)上，在慣性概念發(fā)展的最初時(shí)期，牛頓就將慣性與力進(jìn)行等價(jià)的思考，當(dāng)然現(xiàn)在大家知道牛頓的把慣性等同于力的思想是錯(cuò)的了。如果

5、要說質(zhì)量與慣性確有聯(lián)系的話，作者以為也只能從這樣的一個(gè)視角來看：慣性是由其表現(xiàn)物體周圍存在著的與時(shí)空有關(guān)的天體質(zhì)量分布情況決定著的性質(zhì)。這是因?yàn)?，根?jù)廣義相對(duì)論，空間的性質(zhì)是由天體質(zhì)量的分布所決定的。至于時(shí)間，自從奧古斯丁（6）提出“什么是時(shí)間？”以來，人們還沒有認(rèn)清它的真面目，也因而從更深的層次上而言，人們只認(rèn)識(shí)到什么是慣性而還沒有搞清慣性是什么。慣性不是一種由個(gè)別物體自身所具備的原因（誠然，所有物體均會(huì)表現(xiàn)出慣性），它不是我們的一種吃力的、需要支撐的、痛苦感的反映，事實(shí)上，它是存在之美感的綻開。因而“慣性是物體對(duì)任何改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的

6、外來作用的阻抗的性質(zhì)”（7）這樣一種說法就是不當(dāng)?shù)?。因?yàn)檫@一三、慣性定律與牛頓第二定律的關(guān)系當(dāng)物體所受的合外力為零時(shí)，從牛頓第二定律可知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或作勻速直線運(yùn)動(dòng)?？墒牵瑑H依據(jù)這一點(diǎn)卻不能認(rèn)為牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個(gè)特例。因?yàn)檫@兩個(gè)定律的論述對(duì)象其實(shí)是不一樣的。牛頓第二定律的研究對(duì)象是一個(gè)物體，而牛頓第一定律論述的是整個(gè)存在的性質(zhì)。慣性——這個(gè)任何物體均具有的性質(zhì)其實(shí)不是我們的個(gè)別研究對(duì)象所具有的性質(zhì)，因?yàn)檫@個(gè)“任何物體”，包括了天地間的萬物，而萬物的總稱（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今來曰宙”.也即任何個(gè)別的物體

7、都不可能無條件地具有慣性：慣性是存在的特性，是存在著的時(shí)空的特性，是宇宙的特性。其次，牛頓第二定律是關(guān)于個(gè)別物體因果性的規(guī)律，而牛頓第一定律卻與個(gè)別物體的因果性無關(guān)，它是存在之狀態(tài)的表述，它的表述是與具體的特定的時(shí)間無關(guān)的、瞬時(shí)性的。正是這種非時(shí)間性（16）構(gòu)成了牛頓力學(xué)的本質(zhì)特征。也正是牛頓第一定律所成立的時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性構(gòu)成了慣性系的特殊地位，從而使我們可以在牛頓第二定律的意義上來研究物體的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。因?yàn)楹翢o疑問，物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和規(guī)律與采用怎樣的空間和時(shí)間來度量有著密切的關(guān)系（17）。由此可見，不僅牛頓第一定律不是牛頓第二定

8、律和特例，恰恰相反，現(xiàn)行的動(dòng)力學(xué)規(guī)律正是牛頓第一定律所揭示的存在之性在具體的個(gè)體事物上的展現(xiàn)。慣性定律比牛頓第二定律具有更強(qiáng)的基礎(chǔ)性。也就是說，正是慣性現(xiàn)象，構(gòu)成了牛頓動(dòng)力學(xué)所以成立的操作平臺(tái)。由于物體在不