基于物理學(xué)中慣性觀點(diǎn)的新看法

駱華飛　長(zhǎng)江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院

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基于物理學(xué)中慣性觀點(diǎn)的新看法

駱華飛長(zhǎng)江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院

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：物理學(xué)慣性觀點(diǎn)新看法

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(wèn)題也是經(jīng)常被物理學(xué)界討論的一個(gè)話題。可是，盡管經(jīng)典力學(xué)經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期，大部分的物理教師在此問(wèn)題上還存在著很多的混亂性，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，慣性是物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。一個(gè)物體，只要不受外力作用，原來(lái)靜止的就會(huì)一直靜止下去，而原來(lái)運(yùn)動(dòng)的則會(huì)一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這里的問(wèn)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(lái)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(shuō)它與物體的個(gè)別特征無(wú)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(shuō)，它是存在于物體周圍的一種條件，一種約束。

二、慣性與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的難易程度無(wú)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)的變化是難還是容易是與慣性無(wú)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(jué)說(shuō)著最巧妙的謊；最小的罅隙是最難度；因而慣性與物體的質(zhì)量無(wú)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(shuō)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。如果要說(shuō)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(lái)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)。

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)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。可是，僅依據(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(wàn)物，而萬(wàn)物的總稱即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙”.也即任何個(gè)別的物體都不可能無(wú)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(wú)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(wú)關(guān)的、瞬時(shí)性的。正是這種非時(shí)間性構(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(lái)研究物體的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。因?yàn)楹翢o(wú)疑問(wèn)，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(lái)度量有著密切的關(guān)系。由此可見(jiàn)，不僅牛頓第一定律不是牛頓第二定律和特例，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)。

最后，牛頓把慣性定律放在三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的首位也是與其對(duì)自然的信仰因素有關(guān)的。因?yàn)樵谖乃噺?fù)興之前的絕大部分思想家繼承了亞里士多德關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)內(nèi)在決定論的觀點(diǎn)。但在牛頓看來(lái)，基本的物質(zhì)粒子完全是惰性的，沒(méi)有任何自發(fā)的運(yùn)動(dòng)，而電、磁、光這些‘非物質(zhì)’的力量則成為神在自然中的行動(dòng)的載體。

四、慣性與具體物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)

從上面的討論可以看出：“質(zhì)量是物體慣性大小的量度”這個(gè)論題，在幾個(gè)角度去看都是錯(cuò)誤的。第一，質(zhì)量不是物體慣性大小的量度。個(gè)別研究對(duì)象的質(zhì)量與其所揭示的慣性毫無(wú)關(guān)聯(lián)。因?yàn)檫@兩者從數(shù)量上來(lái)看是一對(duì)無(wú)窮大的關(guān)系，從內(nèi)容上來(lái)看是個(gè)體與存在的關(guān)系，在它們之間，人類的理性不可能找到邏輯上的因果鏈。第二，“物體慣性”這樣的說(shuō)法缺乏依據(jù)，因?yàn)閼T性不是物體的性質(zhì)。物體只是作為慣性的表現(xiàn)者而存在的。第三，“慣性大小”這樣的說(shuō)法也缺乏依據(jù)，因?yàn)閼T性沒(méi)有大小，慣性只是存在的一種表達(dá)方式，一種特定狀態(tài)的顯現(xiàn)。第四，既然慣性并無(wú)大小，我們也不可去進(jìn)行量度，事實(shí)上，任何一本教科書(shū)上也沒(méi)有指出慣性與質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系，因?yàn)檫@一函數(shù)關(guān)系并不存在，它只是人們的一個(gè)虛假的邏輯推測(cè)，誰(shuí)也不能證明質(zhì)量與慣性成正比或不成正比，更不能得出它們之間的比例系數(shù)，因?yàn)檫@些關(guān)系均是虛假的。因而，物理學(xué)界流傳的物體的慣性等于它的質(zhì)量只是人們一個(gè)隨心所欲的錯(cuò)誤言說(shuō)。

由于物體質(zhì)量與慣性無(wú)關(guān)，所以，將牛頓第二定律中的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量就是不當(dāng)?shù)模|(zhì)量的確對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變有一種象力一樣的阻抗作用，質(zhì)量在改變物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)上而言似乎有一種“消解”、“抗拒”力的性質(zhì)。因而作者認(rèn)為可將現(xiàn)行的“慣性質(zhì)量”改稱為物體的“抗性質(zhì)量”。

從邏輯上而言，我們只有將慣性從物質(zhì)的內(nèi)在因素中解除出來(lái)，才能完全地克服牛頓時(shí)代的機(jī)械論自然觀與牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律之間存在著的深刻矛盾。也就是說(shuō)，這樣才能使牛頓第一定律恰如其分地建立在由文藝復(fù)興所形成的機(jī)械論而不是亞里士多德的目的論的形而上學(xué)基礎(chǔ)之上。

參考文獻(xiàn)：

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