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論 慣 性
摘要: 對經典力學范圍內現行的慣性觀提出了不同的看法,認為對于慣性要區分:個別研究對象的性質與存在的性質;保持某種狀態的性質與改變某種狀態的性質;物理學規律的動力學特性與審美性。
關鍵詞: 慣性;存在;時間;空間
慣性是經典力學中的一個基本概念,同時它又是人們日常生活中的一個基礎性觀念,并且慣性問題也是經常被物理學界討論的一個話題(1)。可是,盡管經典力學經過了漫長的發展時期,大部分的物理教師在此問題上還存在著很多的混亂性(2),本文試從幾個方面對慣性進行了討論,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狀態或勻速直線運動狀態的性質(3)。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直作勻速直線運動。這里的問題在于:慣性是否是物體的性質?依據牛頓第一運動定律,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,因為這一性質是一切物體所具有的,也就是說它與物體的個別特征無關。因而,慣性只能是存在的一個特征,是被研究對象周圍的環境在此對象上的表現。換一句話說,它是存在于物體周圍的一種條件,一種約束。
二十世紀初,德國數學家諾特爾(4)證明了:空間平移對稱性導致動量守恒、空間轉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果。因而它與個別的特殊研究對象無關。慣性不是個別存在物的性質,個別存在物只是慣性的顯現者,慣性的本質與個別存在物的特性無關。從而我們就不能用反映個別存在物性質的量(例如質量)來測度慣性。因為慣性作為存在的一種顯現,并無大小可言,它只是存在之狀態的表達。
二、慣性與物體運動狀態變化的難易程度無關
通常認為質量是物體慣性大小的量度是據于這樣的理由:質量大的物體在相同的力作用下其運動狀態不容易改變。這是由牛頓第二定律所得到的基本結論。而事實上物體運動狀態是否變化,物體運動狀態的變化是難還是容易是與慣性無關的。慣性所揭示出的物體之性質不在于其使(或抗拒)物體運動狀態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(靜止或勻速直線運動)的本領:在最相似的物之間,錯覺說著最巧妙的謊;最小的罅隙是最難度(5)。因而慣性與物體的質量無關。倘若慣性與物體的質量有關的話,則我們也可以說力與慣性也有關系。因為對于相同質量的物體而言,力越小其運動狀態就越難改變。因而,也即力越小物體的慣性越大。事實上,在慣性概念發展的最初時期,牛頓就將慣性與力進行等價的思考,當然現在大家知道牛頓的把慣性等同
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