剖析牛顿定律(一)

经典物理虽然有一点儿不足，但它是一个很好的近似理论，并且它是低光速宏观物体现实中，所遵循的无可代替的精简、美观的理论，同时它是我们实际生活中触摸可及的东西。经典物理框架，以牛顿定律为主要基础，尤其以牛顿的三大定律为奠基石。下面我就从自己所学心得，剖析剖析牛顿三大定律。

牛顿第一定律：

一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，只有外力改变这种状态为止，这是牛顿第一定律，也称惯性定律。

一、解剖“牛一律”

牛顿第一定律不仅提出了力、惯性和惯性系的概念，而且道出了物体运动与力和惯性的关系。物体为什么能保持运动状态不变呢？因为惯性。宇宙万物都具有本初性，当物质以质量的形态存在时，本初性就体现为惯性，惯性告诉物体应该保持原来的状态运动最省事、最简单。如果要改变原来的运动状态，就要有外力的作用，故外力是改变物体运动状态的原因，是物体产生加速度的根源。

在外力的作用下，惯性极力维持自身的运动状态以反抗外力，但它只能阻碍，没能力阻止。惯性越大，运动状态越难改变，所以在相对论中，物体在速度增大的同时，以增加质量的方法增大惯性来提高阻碍力度(相对论中物体的运动速度越大，其质量越大，惯性越大)。力是物体运动状态改变的驱动，要使物体的运动状态大幅度地改变，就务必施加更大的外力。由此可见，物体运动的难易程度，最后就由物体自身的质量和外来的作用力二者共同决定，即质量越小、外力越大，其运动状态越容易改变；反之亦然。从第牛顿一定律得出了惯性、力和惯性系的概念。惯性和力在文章《惯性性能论》和《场论动力学》里已经说清了，而且我们也能感觉到它们的存在。例如，当刹车时你容易向前倾，这是因为习惯要保持原来的运动状态，而车座给你的阻力却让你跟随着车一起停止，所以导致向前倾的现象。再比如相同条件下，加的油门越大，车越走的快，这是因为给的力越大，车越容易提速。关于惯性系，我们下来要好好说道说道。

二、惯性系

物体的运动是绝对的，但运动的描述是相对的，相对谁呢？相对参考系。这就要求我们在研究物体运动之前，找准参考系(或参照物或参考物)，通常用的参考系为惯性参考系，简称惯性系。牛顿第一定律中，做匀速直线运动或静止状态的参考系是惯性系。惯性系是指，不受外力(或受合外力为零)的物体或系统。不受外力，系统就会保持相对静止或匀速直线运动状态，其时间是均匀流逝的，空间是均匀和各向同性的，在这样的参考系内，描述运动最简单，运动定律都是等效的定律，故此参考系就是惯性参考系，简称惯性系。物质相对于惯性系静止或做匀速直线运动，其受合外力就为零；物质受合外力为零，就一定相对于惯性系静止或做匀速直线运动。

惯性系高清了，但哪里找这样的惯性系或者什么样的系统才能看作是惯性系？其实真空中的光速就是一个不错的选项；但是以光速为参考系难操作。所以人们常常以地球作为惯性参考系，如果把地球看作惯性系，那么相对于地球静止或做匀速直线运动的物体，都可以当作是惯性系。如果想严格一点，科学家常以远离其它天体的星系为惯性系；同理相对于此天体静止或做匀速直线运动的物体，都可以当作是惯性系。不管是地球，还是远离其它天体的星系都是近似的惯性系；即使是光速，也在引力场中发生了弯曲。为了研究的方便和概念的推广，科学家们提出了相对惯性系，即一切做等速直线运动的任何参考系都是惯性系。现在的问题是，有没有一个完全绝对的惯性系呢？这是一个非常严肃而又复杂的问题。为此，科学家们正在寻找更加完美的惯性系，但绝对的惯性系即使存在，也恐怕难以求索，因为运动具有相对性，并且万物都处在相互作用之中。即使如此，我们也要不断努力，这样才能更好地接近目标。如果有人硬要不信这个邪，那只能到宇宙大爆炸的始端去找找，因为那里有物质本初不变性的密码。

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