郭 釗

摘要本文對(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

中圖分類號(hào):O41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-0592(2009)05-376-01

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,并且慣性也是經(jīng)常被物理學(xué)界討論的一個(gè)話題?？墒?盡管經(jīng)典力學(xué)經(jīng)過了漫長(zhǎng)的時(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,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(guó)數(shù)學(xué)家諾特爾證明了: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)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)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。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)?根據(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(chéng)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)的外來作用的阻抗的性質(zhì)”這樣一種說法就是不當(dāng)?shù)?。因?yàn)檫@一注釋還是從對(duì)牛頓第二定律的基本而來的,在這一注釋中已經(jīng)隱藏了牛頓第二定律及對(duì)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(jiǎn)單,而人們也往往由于常見到這種存在的簡(jiǎn)單性而忽視了它的深層含義。靜止的永遠(yuǎn)靜止,運(yùn)動(dòng)的永遠(yuǎn)作勻速直線運(yùn)動(dòng),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。

三、慣性定律的表述方式

牛頓第一定律是動(dòng)力學(xué)定律的基礎(chǔ),但它本身并不表征物體的某種動(dòng)力學(xué)性質(zhì),它是關(guān)于人類體認(rèn)自然之美、自然之和諧的陳述。據(jù)于上面的論述,對(duì)牛頓第一定律的陳述方式作以下的要求是并不過分的:反映時(shí)間的均勻性,空間的對(duì)稱性,及自然之美對(duì)人的呈現(xiàn)?？墒?現(xiàn)行的許多教科書中對(duì)牛頓第一定律的陳述是很不一致的。當(dāng)然,這種不一致性用老眼光來看是無傷大雅的,但以今天的眼光來看,這種差異性就成為值得商討的了。 另外一種常見的陳述方式是:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這樣一種表述比前一種完整多了,它幾乎就是牛頓的原義,但這里的“一切物體”應(yīng)當(dāng)換成“任何物體”。因?yàn)樵诖苏撌鲋械摹叭魏挝矬w”實(shí)際上是對(duì)一切物體的否定,而“有外力”應(yīng)當(dāng)換成“其它物體的作用”,因?yàn)閼T性定律是不涉及力的,操作意義上的力這個(gè)動(dòng)力學(xué)的基本概念與慣性無關(guān)。

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