基于物理學(xué)中慣性觀點的新看法

駱華飛　長江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院

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基于物理學(xué)中慣性觀點的新看法

駱華飛長江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院

摘要：對經(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)為對于慣性要區(qū)分：個別研究對象的性質(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)律的動力學(xué)特性與審美性。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)慣性觀點新看法

慣性是經(jīng)典力學(xué)中的一個基本概念，同時它又是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€基礎(chǔ)性觀念，并且慣性問題也是經(jīng)常被物理學(xué)界討論的一個話題?？墒?，盡管經(jīng)典力學(xué)經(jīng)過了漫長的發(fā)展時期，大部分的物理教師在此問題上還存在著很多的混亂性，本文試從幾個方面對慣性進(jìn)行了討論，望引起大家的共識。

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)動狀態(tài)的性質(zhì)。一個物體，只要不受外力作用，原來靜止的就會一直靜止下去，而原來運(yùn)動的則會一直做勻速直線運(yùn)動。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)，因為這一性質(zhì)是一切物體所具有的，也就是說它與物體的個別特征無關(guān)。因而，慣性只能是存在的一個特征，是被研究對象周圍的環(huán)境在此對象上的表現(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、慣性與物體運(yùn)動狀態(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。而事實上物體運(yùn)動狀態(tài)是否變化，物體運(yùn)動狀態(tài)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）的本領(lǐng)：在最相似的物之間，錯覺說著最巧妙的謊；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。因為對于相同質(zhì)量的物體而言，力越小其運(yùn)動狀態(tài)就越難改變。因而，也即力越小物體的慣性越大。事實上，在慣性概念發(fā)展的最初時期，牛頓就將慣性與力進(jìn)行等價的思考，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的了。如果要說質(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視角來看：慣性是由其表現(xiàn)物體周圍存在著的與時空有關(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，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?？墒?，僅依據(jù)這一點卻不能認(rèn)為牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個特例。因為這兩個定律的論述對象其實是不一樣的。牛頓第二定律的研究對象是一個物體，而牛頓第一定律論述的是整個存在的性質(zhì)。慣性——這個任何物體均具有的性質(zhì)其實不是我們的個別研究對象所具有的性質(zhì)，因為這個“任何物體”，包括了天地間的萬物，而萬物的總稱即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今來曰宙”.也即任何個別的物體都不可能無條件地具有慣性：慣性是存在的特性，是存在著的時空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛頓第二定律是關(guān)于個別物體因果性的規(guī)律，而牛頓第一定律卻與個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間無關(guān)的、瞬時性的。正是這種非時間性構(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間均勻性與空間對稱性構(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力學(xué)關(guān)系。因為毫無疑問，物體的運(yùn)動性質(zhì)和規(guī)律與采用怎樣的空間和時間來度量有著密切的關(guān)系。由此可見，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體事物上的展現(xiàn)。

最后，牛頓把慣性定律放在三個運(yùn)動定律的首位也是與其對自然的信仰因素有關(guān)的。因為在文藝復(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)動內(nèi)在決定論的觀點。但在牛頓看來，基本的物質(zhì)粒子完全是惰性的，沒有任何自發(fā)的運(yùn)動，而電、磁、光這些‘非物質(zhì)’的力量則成為神在自然中的行動的載體。

四、慣性與具體物體的質(zhì)量無關(guān)

從上面的討論可以看出：“質(zhì)量是物體慣性大小的量度”這個論題，在幾個角度去看都是錯誤的。第一，質(zhì)量不是物體慣性大小的量度。個別研究對象的質(zhì)量與其所揭示的慣性毫無關(guān)聯(lián)。因為這兩者從數(shù)量上來看是一對無窮大的關(guān)系，從內(nèi)容上來看是個體與存在的關(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”這樣的說法缺乏依據(jù)，因為慣性不是物體的性質(zhì)。物體只是作為慣性的表現(xiàn)者而存在的。第三，“慣性大小”這樣的說法也缺乏依據(jù)，因為慣性沒有大小，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，既然慣性并無大小，我們也不可去進(jìn)行量度，事實上，任何一本教科書上也沒有指出慣性與質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系，因為這一函數(shù)關(guān)系并不存在，它只是人們的一個虛假的邏輯推測，誰也不能證明質(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)，因為這些關(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)量只是人們一個隨心所欲的錯誤言說。

由于物體質(zhì)量與慣性無關(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)?，質(zhì)量的確對物體運(yùn)動狀態(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，才能完全地克服牛頓時代的機(jī)械論自然觀與牛頓第一運(yùn)動定律之間存在著的深刻矛盾。也就是說，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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