物理科学探疑——每周一文    第十三期   2002年2月15日

物体的惯性

志勰

[简介]关于物体惯性的看法

  第一、惯性的属性

  牛顿力学是这样来看待这个经验事实的，“任何物体（指质点）在不受力的作用时，都保持静止状态或匀速直线运动状态”

   在没有外来作用力的时候，物体将保持确定的存在状态。物体的存在状态和环境是一种确定的关系，在这里也可以看作一种恒量。

   物体的惯性是和物体的质量相关联的另一种物理量，它表示一个物体保持确定存在状态的属性，这种属性定义了物体和存在环境的关系。牛顿第二定律给出了定量物体这种惯性的量的关系。

  第二、惯性和描述定义体系的结构关系

   如果我们确认这一基于经验约定的定律正确，那么，物体存在状态的这一惯性的属性，与观测的惯性参照系无关。这个定律表明，物体的存在状态和这个物体的受力是一种绝对的关系。另一方面，在牛顿力学的三大基础定律里没有关于时间和空间的定义，但第二定律直接引用了时间和空间的概念，同时也引入了时间和空间对物体运动变化描述的定量关系，我想牛顿力学的定义体系并不严密。

  这导致了相对论以此为基础的时间和空间新的数理逻辑结构。将不同惯性参照系中的时间和空间的协变关系引入到牛顿力学中，这就是相对论的数理定义体系。相对论也没有对时间和空间的基本概念进行严格的数与量的定义。

   牛顿第二运动定律是物体存在状态改变的情况，这两个定律对物体存在状态的变化建立了一种绝对的关系，同时也建立了物体存在状态的因果关系。也就是力学的属性。

   这指出了描述物体存在的两种并列的方法和内容，一种是物体的受力状态，另一种是非受力状态。反映在物体的存在状态上则是物体的状态不变、物体的状态改变上。

  我们不难得到，力学的属性是我们对物体的运动变化进行描述的最主要的原因。在物理定义体系中，如果可以将物体存在的状态变化、物体存在的进程序列发生的改变可以化归到力学的属性上，那么我们采用力学的因果关系去处理物体的存在状态是唯一符合物理逻辑的方法。同时也是描述物体所依赖的一种属性——惯性最直接的经验约定。

第三、传统的两种描述体系对惯性定量的角度

  相对论这种定义体系和牛顿力学定义体系在定义结构和属性上存在着不同，这种不同在于对不同惯性参照系中的物体的量进行不同的协变。举个例子来说，一个物体在不同的惯性参照系中定量，这个物体的质量是不同的，依赖于参照系统。牛顿力学认为，一个物体的存在就是存在，不会因为采用不同的参照系统去对这个物体进行描述，这个物体的量会发生改变。

  前者以物体的本身作为主体，强调的是客观的存在，后者以描述的模式作为主体，强调的是目标在观测中的属性。

惯性和力学环境

  从外界物体运动变化的周期的经验感觉给与时间的定义进行确定，比如在牛顿力学中我们采用地球公转的周期作为时间单位一天的定量标准，或者在更进一步的将这种利用外界物体运动周期无限细分下去的方法，对时间的概念和量值进行定义，并将这种定义普适于所有的运动变化，在前面我们已经讨论过这个问题，这样的定义方法存在一定的缺陷。这种缺陷来自于物体的作用环境两方面因素：

  一方面是空间的属性是否无限均匀，这在目前仅仅作为一种假设。举个例子来说，当我们在地球外层空间加速一个原子的时候，在一个确定力的作用下，这个原子在单位时间里产生8个原子长度/秒的加速度。那么，在太阳系的外层空间中重复这一过程，在这个确定力的作用下，这个原子是否也在单位时间里产生8个原子长度/秒的加速度。时间采用某一天体运动的周期。作为定义的标准。

  第二方面是空间的属性是否随不同物体运行的不同速度而存在不同。这一方面目前没有任何的尝试性的实验来针对这个问题进行检验。到是相对论对这个问题进行了理论预言，相对论认为物体的长度在不同的惯性参照系中存在着不同。对这个问题从物体存在的角度来说，物体的存在是唯一的一种存在，相对论的两种数值描述，描述的是相同的客体。但仍然不具有证据说明确定空间的属性是否随不同物体运行的不同速度而存在不同。

   如上两个问题导致的是空间和物体作用属性的差异。即：力学属性的不同。如果我们将空间和物体间作用属性的改变而归之到力学属性的改变上，这仍然是同样的适用。但我们将这种属性归因到时间和空间的属性发生改变，那么，也未尝不可。

   从另一方面来说，物理不是研究数理关系的学科，它所研究的是物体在空间中存在的力学的属性。那么，严格的定义空间的属性、定义时间的属性，从而来确定物体在不同的时间和空间中所存在的属性以及物体的运动变化的力学属性差异。这是以物质运动变化原理相适应的方法。

本文选自时间和空间的逻辑结构之六——时间、空间与物质的运动(下）——1

作者电邮：zhixie@netease.com 返回首页