浅论惯性的本质和起源

浅论惯性的本质和起源

大家知道：力学是物理学中发展最早的一个分支，它和人类的生活与生产联系最为密切。和物理学的其他部门相比，力学的研究经历了更为漫长的过程，几达两千年之久，才由伽利略把科学思维和实验研究结合到一起，为力学的发展开辟了一条可行的道路。牛顿在此基础上最终建立的经典力学体系不愧为全部自然科学的主导和领军学科。然而，牛顿为后人也留下了太多的难题。引力的本质和作用机制是什么。惯性的本质是什么。是怎样起源的。同一物体的惯性质量与它的引力质量为何相等。后来发现的库仑定律与万有引力定律为何如此的十分相似。它们的相似是科学上的一种巧合。还是在更深奥的本质上存在着内在的逻辑上的联系。……有待探索的真

理的海洋一直展现在牛顿和他的追随者的面前。后来人总要吸收前人的聪明才智，因而人类的认识总是要向上发展的。只要我们从本文开头所列举的事实中敢于怀疑并大胆的确认牛顿运动定律是非终极真理，并能够正确的运用更辉煌、更伟大的牛顿引力理论的巨大成就，修补运动定律的逻辑思辨漏洞，力学中很多重要的基础理论问题其实也不难解决。让我们先从惯性定律谈起。大家都很清楚，今天的力学教材中普遍就是这样阐述的：伽利略首先发现，运动物体之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力的缘故，他根据从斜面实验中得到的近似的结论进一步作了合理的推想之后而断言：一旦物体具有某一速度，只要没有加速或减速的原因，此物体将永远以这一速度运动下去。伽利略的这个从理想实验中得到的结论隔了一代以后由牛顿把它写成了惯性定律——牛顿力学理论大厦的基础。在惯性定律的基础上，牛顿根据两个实验结论，即加速度与外力的正比关系和加速度与质量的反比关系，进一步建立了第二运动定律。牛顿力学巨大的历史功绩和其自身的辉煌成就无庸质疑。然而，牛顿运动定律为何又无法明确的说明习以为常的惯性的本质和起源呢。爱因斯坦在《物理学的进化》一书中谈到：一辆四匹马驾的车比一辆两匹马驾的车运动得快一些。同样：一辆四匹马驾的空车比车上装满重物时跑得快。这样，直觉告诉人们，物体运动的状态根作用外力有关，同时的确还跟自身的重力即引力有关。牛顿运动定律告诉人们，质量大的物体惯性大，质量是物体惯性大小的量度。我们应该清楚，惯性概念来源于人类的生活实践，在惯性定律建立之前早就产生了，在古希腊时代就已经存在，春秋战国时期，我国伟大的《墨经》一书就对运动的相对性……惯性等物理现象作了分析说明。今天的人们根据牛顿万有引力定律知道：在

地球表面，凡有质量的物体因其自身的引力必然具有重力这一内力。重力、引力是任何物体必然自身携带的内力，是物体的共性，是和物体的质量不可分离的内禀性质。物体的这一作为内因的内力时时刻刻都在参与制约着物体自身的运动行为，因此抛开物体自身的引力、重力这一内因来谈论物体惯性的本质和起源，就是毫无意义的。大家清楚，质量大的物体重量也大。在相同外力的推动下，重的物体不易起动，惯性大；轻的物体易起动，惯性小。可见，重量同样可以用来量度物体的惯性。如果物体的惯性果真是由物体的引力本性引起的。那么，在建立的过程中，由于伽利略—牛顿当时根本没有引力观念而将物体自身的引力、重力这一内因与物体运动的这一层关系排除在外的，带有逻辑思维漏洞的牛顿运动定律自然就无能为力将物体惯性的本质和起源看成是由物体的引力本性引起的。那么，无法说明惯性的本质和起源，带有逻辑思维漏洞的牛顿第二定律——动力学方程，又为何能够成为人类

认识自然、改造自然的强大武器呢。大家清楚：根据牛顿后来发现的万有引力定律我们明确的知道，在地球表面的同一地方，任何物体的质量与它的重量严格的成正比。因此，如果物体的惯性是由物体的引力产生和决定的。那么，在近代物理科学普遍采纳的数理逻辑的基础上，在一定的客观历史认识水平的局限下，牛顿借用质量概念或者借用重量概念来建立动力学方程，在数学效果上必然就是完全等效的。但质量的本质含义是指物体所含物质的多少，而重量是物体受到的重力即地球引力的量度。所以，如果牛顿是借用重量概念建立了第二运动定律，那么在万有引力定律被发现后，人们知道了重力与引力的关系后，自然就会把惯性的本质和起源归结到物体的引力本性上来。但是，由于在伽利略和牛顿建立运动定律的时代，人类还没有能够从引力的这一高度明确地认识到重力是自然界物体本身所固有的属性，是物体无法回避而必须要受到的制约物体运动状态的内力。因此，牛顿的思维就仍然的受到了传统观念的影响；既然在第一定律的意义下把惯性看成是物体在不受力时所具有的保持原来运动状态的属性，那么牛顿就自然而然的蔑视了轻物体容易起动，重物体不易起动的事实，抛开了物体自身的重力对运动的制约作用，引进了质量的概念，建立了动力学方程。这样，牛顿第二定律在第一定律的基础上就仍然的把物体惯性的产生机制——重力、引力排除在运动定律之外了。质量这一物理量的本质含义是指物体所含物质多少的量度。既然物体的重力、引力客观存在，那么任何物体所含的物质内部必然存在着可以持续不断的产生和接受引力的机制，因此，质量大的物体引力也大。如果物体的惯性是由引力产生的，质量大的物体所含的物质多，产生的引力就大，因而惯性也大。因此利用质量概念建立的动力学方程就无法说明惯性的本质和起源。同样，利用动力学方程和开普勒第三定律导出的引力定律也无法说明引力的作用机制。所以说，动力学方程就是数学意义明确，物理终极意义模糊，在只知其然而不知其所以然的数理逻辑的指导作用下建立的非终极真理——物理实验定律。我们看到：在惯性定律建立的过程中，摩擦力是一个非常特殊的至关重要的概念。显然，伽利略和牛顿都认为，使运动物体减速的原因——摩擦力，跟物体受到的拉力或推力一样，也是物体受到的外力。事实上，摩擦力根本不同于物体受到的拉力或推力等外力。摩擦力也和重力、引力一样，质量是决定它的大小的最主要的因素。比如，一辆汽车受到的摩擦力往往大于一辆人力车受到的摩擦力。但一个物体受到的其他物体施加给它的拉力或推力等外力的大小单纯由外在因素所决定，与物体本身的质量的大小等物理属性毫无关系。大家应该清楚，摩擦力有一个经验公式——摩擦力的大小等于物体对地面的正压力乘以摩擦系数。而一般情况下，即没有特殊的外因增加正压力时，物体对地面的正压力其实正好就是物体自身的重力，于是摩擦力与重力、引力严格的成正比关系。可见，摩擦力与物体的重力、引力这一内力有着密不可分的逻辑内在联系。摩擦力与拉力和推力等外力的区别至少还有四个方面，在这篇广告性的短文中也就不再多说了。总之，物体相对于静止的大地运动时，物体自身的重力、引力是产生摩擦阻力的先决条件。所以在相对于静止的地面的机械运动中，物体受到的摩擦阻力，是由物体自身的引力—重力这一内禀性质决定的物体的次级内禀性质，是物体的引力—重力这一作为内因的内力参与制约物体的运动状态的具体表现形式。物体相对于静止的大地处于静止状态还是运动状态，完全就是由物体受到的拉力或推力等作为外因的外力和物体自身的主要由质量—引力—重力决定的最大静摩擦力这一作为内因的内力这两方面的相对强弱