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五、惯性定律的表述方式 牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。 例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。 另外一种常见的陈述方式是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。 作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。 六、人们误解惯性的来源 人们在惯性问题上所犯的错误认识，既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24） 在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（Every body persists it's state of rest or of uniform motion in a straight line until it is 这一观点可以追踪到亚里士多德，它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。 从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在现代人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。 在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于vis insita 的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力．．．．．惯性的大小与质量成正比例。”（31） 可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的vis insita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。 参考文献： (1) 邹荣. 质量是物体惯性大小的量度吗? 新世纪教育文集. 中国广播电视出版社，2000，11，1版，454. 邓昭镜.邓玉兰. 质量是惯性的量度,还是物质之量的量度. 物理教师，2000，12，33. (2) 徐祖年. 质量是惯性或引力的量度. 物理教师，2001，11，27. (3) 梁昆淼．力学，上册（修订版）．高等教学出版社，1978，12修订第２版，64. (4) 漆安慎 杜婵英. 力学, 高等教育出版社. 1997,7,1版,222. 〔美〕阿 · 热．可怕的对称．湖南科学技术出版社，1992，2．1版，126. 曾谨言. 量子力学 卷Ⅱ.科学出版社, 1993,9,1版,231. (5) 尼采文集．查拉斯图拉卷．青海人民出版社，1995，11，1版，163． (6)〔古罗马〕奥古斯丁.忏悔录.商务印书馆，1963，7,1版，242． (7) 中国大百科全书，物理学，Ⅱ.中国大百科全书出版社，1987，7，1版，1236． (8) 同(3),65． (9) 九年义务教育三年制初级中学试用课本,物理,第一册.上海科学技术出版社,1996,5,1版,109． (10) 同(9)． (11) 同(9),108． (!2)〔英〕伊萨克·牛顿. 自然哲学之数学原理.陕西人民出版社.2001,1,1版,18． (13) 同(8)． (14) 同(12)，12. (15) 辞海．缩印本．1989年版．上海辞书出版社．1123． (16) 吴国盛. 时间的观念. 中国社会科学出版社,1996,12,1版,171. (17) 同(7),702. (18) 徐向东 伯特《近代物理科学的形而上学基础》译序 //www.phil.pku.edu.cn/post/show.php?op=pap&sid=30 ; (19) 同(12),2. (20) 同(12),定义，6。 (21) 同(3). (22) 全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修），物理，第一册. 人民教育出版社．2000,3,2版46． (23) 同(7), 814. (24) [英] W . C .丹皮尔. 科学史及其与哲学和宗教的关系.商务印书馆，1975，9，1版，253. (25) 同(12). (26) 同(12)，6. (27) [美] H. S. 塞耶. 牛顿自然哲学著作选. 上海人民出版社, 1974,11,1版,14. (28) 谢帮同. 世界经典物理学简史，辽宁教育出版社.1988.3,1版.73. (29)舒幼生 陈秉乾 惯性概念的认识及其影响 //www.edu.cn/20010827/208813.shtml ; (30) [美] 爱德华·格兰特 .中世纪的物理科学思想,复旦大学出版社,2000,1,1版53. (31) 同 (28),.36. (32) 埃德温·阿瑟·伯特 近代物理科学的形而上基础 第七章 牛顿的形而上学 五、牛顿的以太概念 //zhenyuan.sdedu.net/Resource/GZ/GZWL/WLBL/WLS00006/6283_SR.htm ;
ON Inertia (No.6 Middle School , Changshu, Jiangsu , China, 215500)
Abstract: This paper puts forward a different viewpoint to current inertial view inside |
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