文生一员

挑战权威极限　辩解力学盲点

       论物体的惯性

　  （一）

“物体这种保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性。”

自从上中学起，物理课本上就是如此说，专家说，教师说，同学们说，说了几百年，说的人多了，也就信以为真，也就成真理了。

有一日，心中突发奇想，既然物体都有保持匀速直线运动状态这种性质，那么，在当今社会、在地球资源日益匮乏的今天，假如我们能够设计制造出不需要动力的小汽车、摩托车、发动机什么的……，既减少了环境污染，又节省了大量的资源，还能够造福于全人类，那岂不是功德千古的好事么？

想是想了，做也做了，可最终兴奋的心却不得不冷静下来。正如课本中说的那样：任何物体和周围的物体都有相互作用，不受外力作用的物体是不存在的。所以，牛顿第一运动定律描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态，这种状态是不可能实现的。也就是说，这是一个脱离了实际的理想，而根据这种理想所得出的结论又怎能付诸实施？其推理出来的事物首先就违背了自然法则，做起来岂不是荒唐！这又不能不使人深深地反思。

问题既然摆在了这里，就是不容我们回避的事实。一方面，有无数大师的定论；另一方面，现实中实实在在而又相互矛盾的问题，两者之间究竟是那里出了问题呢？

面对这个艰难而又痛苦的选择，通常有两种方法：第一种就是，建立在大师们的崇高威望和对他们绝对信任的基础上，回避事实，承认自己的错误和对事物认识的不足，自动妥协。另一种方法是，坚持实事求是的原则，循规蹈矩、一丝不苟地探索自然规律，坚持不懈地解开惯性之谜，还世界一个本来面目。

我们自然选择了后者，但要想讨论这个问题，并做出清醒的判断，我们只有回顾一下经典力学的发展历史。

早在二千多年前，人们普遍认为力是物体运动的原因，于是，古希腊的哲学家亚里士多德得出了结论说：必须有力的作用，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来。但他却遗留下来一个问题没有解释清楚，那就是：停止对物体施力后，物体还能够继续保持运动状态的原因。

直到十七世纪，意大利物理学家伽利略才提出了自己的质疑，认为在水平面上运动的物体之所以会停下来，那是因为受到摩擦阻力的作用，设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动去。为此，伽利略还做了一个著名的理想化实验，进行了推论。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 让小球沿着一个斜面从静止滚动下来，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。他推论说：如果减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程，继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿着水平面以恒定的速度运动下去，直到永远。

牛顿也就是在此基础上阐述了自己的观点，提出了第一运动定律：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。并称物体的这种保持原来的匀速直线运动状态和静止状态的性质为惯性。到此，力不是物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持也被铁板钉钉。

那么物体真的具有惯性吗？

这不由让我想起了一个刚给机器加满油的人，他要让机器工作，机器就要消耗一定的能量，假如他替换了节能的机器，在相同的工作强度和时间上，机器是会节省一定的能量，减少油耗。照此推论下去，而假如此时换上了一台根本就不耗能的机器呢？（虽然这根本就不可能。）它当然就不会有一丝一毫的能量损失，也就根本没有一点油耗了。但我要说的问题结症也恰在这里——纵使机器在以后的运动中没有一丝的能量消耗而能永远的运动下去，但它开始之所以能够运动的动力又是从何而来的呢？难道说没有开始的动力驱使机器会自动工作吗？

也许有的人对此表示很难理解，认为这和惯性是风牛马不相及的事情，那么，我们不妨再看一个现实生活中的例子。

我们将水加热，以至沸腾，然后将水装在保温杯里，这样问题就出来了。因为保温杯的质量不同，有的杯子质量好一点，水的温度散失得就少一点，在同样的时间里，水的温度就保持得高一点，就相同的温度而言，它保持的时间要明显的长一些。如果我们能将保温杯做得更好的话，那么在同样的时间里，水的温度就会更高，就相同的温度而言，它保持的时间也会更长。现在，假如我们做出了一个毫不散热的保温杯，并将经过加热后100度的水装进了保温杯内。因为装在这个杯子里的水的热量丝毫不会散失，所以，我们有充足的理由相信，这个保温杯里的水将会保持在100度的温度不变，并直到永远。

根据这个推论，如果我们将水的加热、温度升高看作是物体的一种运动，而将水的温度散失、从高逐渐降低看成是另一种运动的话，是不是就可以得出：惯性定律也适用于物体的温度与热的关系这样的结论呢？

答案当然只有一个，那就是——不能！

很显然，上面的两个例子都同伽利略的理想化推论如出一辙，但却同时证明了一个问题，那就是伽利略理想化推论的不可靠。

我之所以说伽利略的理想化推论“小球在斜面上运动”的不可靠，是因为伽利略的实验是建立在空想的基础上，并且忽略了一个最根本的问题，那就是——小球虽然是从静止中滚下来的，但它之所以能够从高处滚下来，并且从高处滚动的过程中，本身就是受到了地球的引力。根据“能量守衡定律”我们知道，小球从高处滚下来，势能的减小必将伴随着动能的增大，而增大后的动能正是力的表现。所以我说，这个实验并不能证明什么。

我们还知道，力的作用是相互的，只有相互的力的作用才会有消耗。可在伽利略的实验中，既然有动力驱动了小球，而在以后的滚动中，伽利略居然将小球所受的阻力完全取消，这样小球所受到的地球引力（即动力）成为了绝对和单方面的，小球当然要永远地运动下去了。

其实，这同连通器的道理是同样的。当A 端的液面高于B端时，液体自然向B端流淌。而假如将B端放低，液体会向B端流出更远的距离。继续放低B端直到水平的位置，则液体就会一直向着B端的方向流去，直至液面平衡为止。

难道说这也是惯性使然，而不是压力造成的结果吗？

（未完待续）