理工論文:論 慣 性

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(gè)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:  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�活中的一個(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)（3）。一個(gè)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)動的則會一直作勻速直線運(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?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。

    二十世紀(jì)初，德國數(shù)學(xué)家諾特爾（4）證明了：空間平移對稱性導(dǎo)致動量守恒、空間轉(zhuǎn)動對稱性導(dǎo)致角動量守恒、而時(shí)間均勻性導(dǎo)致能量守恒。事實(shí)上，物體的慣性是時(shí)間均勻性與空間對稱性的必然結(jié)果。因而它與個(gè)別的特殊研究對象無關(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(shí)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(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τ谙嗤�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(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�。�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“慣性是物體對任何改變其運(yùn)動狀態(tài)的外來作用的阻抗的性質(zhì)”（7）這樣一種說法就是不當(dāng)?shù)摹Ｒ驗(yàn)檫@一注釋還是從對牛頓第二定律的基本分析而來的，在這一注釋中已經(jīng)隱藏了牛頓第二定律及對慣性與物體質(zhì)量等價(jià)的認(rèn)同感。其實(shí)，慣性是一種令人十分安全的、舒適的、和諧的存在之性質(zhì)，它使物體的存在行為非常簡單，而人們也往往由于常見到這種存在的簡單性而忽視了它的深層含義。靜止的永遠(yuǎn)靜止，運(yùn)動的永遠(yuǎn)作勻速直線運(yùn)動，慣性就是將存在如此單調(diào)而重復(fù)地顯現(xiàn)在人們眼前。凡是背離了這兩種物體的存在情況而用慣性去解釋其存在原因的，作者以為均屬一種不當(dāng)?shù)脑庌q行為�？墒沁@種詭辯行為不僅麻木了人的腦神經(jīng)而且充斥著各種各樣的教科書（8），我們來看一些下面的例子。 

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