陸敬超

摘 要：慣性是力學中的一個基本概念，同時它又是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€基礎(chǔ)性觀念，且與慣性相關(guān)的問題也常是物理學中討論的一個話題。

關(guān)鍵詞：慣性；物理；應(yīng)用

一、慣性的意義

大家知道，慣性是物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(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，而原來運動的則會一制做勻速直線運動。這里的問題在于：慣性是否是物體的性質(zhì)？依據(jù)牛頓第一運動定律，任何物體均具有慣性。

二十世紀初，德國數(shù)學家諾特爾證明了：空間平移對稱性導致動量守恒、空間轉(zhuǎn)動對稱性導致角動量守恒、而時間均勻性導致能量守恒。事實上，物體的慣性是時間均勻性與空間對稱性的必然結(jié)果。因而它與個別的特殊研究對象無關(guān)。慣性不是個別存在物的性質(zhì)，個別存在物只是慣性的顯現(xiàn)者，慣性的本質(zhì)與個別存在物的特性無關(guān)。從而我們就不能用反映個別存在物性質(zhì)的量（例如質(zhì)量）來測度慣性。因為慣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。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、物體要表現(xiàn)出慣性，它必須處于慣性參考系

慣性，這個我們通常認為是由物體內(nèi)在因素決定的性質(zhì)，其實是物體存在方式的一種條件性：“試取汽車為參考系統(tǒng)來研究‘當汽車急劇剎車的時候，車中乘客有向前傾倒的傾向這個問題，在汽車急劇剎車前，相對于汽車而言，乘客是靜止的，在汽車急劇剎車時，乘客突然向前傾，這就是說，以汽車為參考系統(tǒng)，乘客由靜止而突然向前傾，并不保持其靜止狀態(tài)，并不表現(xiàn)出慣性”。這個條件就是：物體要表現(xiàn)出慣性，它必須處于慣性參考系。

三、慣性定律與牛頓第二定律的關(guān)系

在涉及慣性的問題上我們必須分別那些是屬于慣性現(xiàn)象，而那些則不屬于慣性現(xiàn)象――即為動力學現(xiàn)象。同時所有的老師都要求學生不要把慣性與慣性定律混為一談，可是當我們的老師用動力學的觀點來看待慣性――也就是說，把慣性與牛頓第二定律混為一談的時候，對學生的這一期望是合適的嗎？

當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狀態(tài)或作勻速直線運動?？墒牵瑑H依據(jù)這一點卻不能認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)。

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關(guān)系。因為毫無疑問，物體的運動性質(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)。慣性定律比牛頓第二定律具有更強的基礎(chǔ)性。也就是說，正是慣性現(xiàn)象，構(gòu)成了牛頓動力學所以成立的操作平臺。由于物體在不受外力作用下保持其速度不變，因而物體運動速度的變化才跟物體的受力相關(guān)。

四、慣性與物體運動狀態(tài)變化的難易程度無關(guān)

通常認為質(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。而事實上物體運動狀態(tài)是否變化，物體運動狀態(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)（靜止或勻速直線運動）的本領(lǐng)：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，力越小其運動狀態(tài)就越難改變。因而，也即力越小物體的慣性越大。

因此，“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（的）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（的）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。

五、關(guān)于慣性的最后結(jié)論

由于在牛頓時代是無法判定慣性的本質(zhì)的。牛頓幾乎是在第二定律的意義上來領(lǐng)會慣性的，因而他才認為（慣性）大小與該物體的運動和質(zhì)量有關(guān)。

隨著現(xiàn)代物理學的發(fā)展，特別是諾特爾之后，我們可以認識到使物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的原因并不在物體的內(nèi)部、也跟力無關(guān)，而是由于物體所處的時間均勻性與空間對稱性。也就是說，我們必須對牛頓意義上的慣性作出更開放性與發(fā)展性的深入為兩個層面的結(jié)論：在沒有外力的作用下，一個物體，它能保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動是由于慣性，即時間均勻性與空間對稱性；在同樣大小的力的作用下，一個物體它的運動狀態(tài)較難改變是由于它的動力學特性――抗性，即它的質(zhì)量較大。

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