人類是如何認(rèn)識(shí)慣性的，慣性定律為什么是牛頓第一定律的別稱，而不是伽利略或笛卡兒所發(fā)現(xiàn)的？下面以史實(shí)為依據(jù)，對(duì)這一問(wèn)題作初步闡述．
古希臘的哲學(xué)家亞里士多德（公元前384-322年）在他所著《物理學(xué)》一書(shū)中認(rèn)為：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，如馬拉車(chē)行駛，奴隸曳船行駛，這些運(yùn)動(dòng)必須有推動(dòng)者，即運(yùn)動(dòng)必須有外力維持，否則就歸于靜止。他認(rèn)為“一切運(yùn)動(dòng)的物體必定受某物的驅(qū)動(dòng)”。千百年來(lái)人們都相信亞里士多德的說(shuō)法：外力是物體產(chǎn)生并維持運(yùn)動(dòng)的原因，亞里士多德根據(jù)對(duì)現(xiàn)象的觀察、直覺(jué)推理方法得到結(jié)論的，他沒(méi)想到用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，在他的思想中對(duì)慣性根本沒(méi)有任何認(rèn)識(shí)。
比亞里士多德稍晚的古希臘的另一位哲學(xué)家伊壁鳩魯（公元前342-270年）卻提出了不同的看法，他說(shuō)：“盡管原子在質(zhì)量和形式上是那樣的不同，然而它們卻以同樣的速度在虛空的空間中運(yùn)動(dòng)�！惫帕_馬原子論者盧克萊修（公元前約99-55年）在《物性論》中說(shuō)：“每樣?xùn)|西雖然重量不相等，都必定以同樣的速度沖下，通過(guò)寂靜的虛空運(yùn)動(dòng)�！彼麄儍扇说目捶m有慣性運(yùn)動(dòng)的見(jiàn)解，但僅僅是一種猜測(cè)和推理而已。
我國(guó)遠(yuǎn)在春秋戰(zhàn)國(guó)的“墨經(jīng)”上已有慣性的論述。在春秋戰(zhàn)國(guó)末期的《考工記??人》中更有明確的記載：“勸登馬力，馬力既竭，猶能一取也�！币馑际钦f(shuō)：馬拉車(chē)的時(shí)候，馬雖然對(duì)車(chē)不再施加力了，但車(chē)還能繼續(xù)前進(jìn)一段路，這顯然是在講述一種慣性現(xiàn)象。
14世紀(jì)的布魯?shù)ぴ?jīng)說(shuō)過(guò)：“物體被拋出后，若無(wú)外力的作用，它本身的沖力（動(dòng)量）就能使物體永遠(yuǎn)保持勻速運(yùn)動(dòng)。”15世紀(jì)羅馬教會(huì)主教庫(kù)薩的?居拉（1401-1464年）說(shuō)：“在光滑地板上運(yùn)動(dòng)著的光滑小球，將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)直到受到某些物體的制止�！边@些人的看法都是從一定哲理出發(fā)，缺乏實(shí)驗(yàn)根據(jù)，但他們都曾先后沖擊著亞里士多德的斷言。
真正令人們信服的論述是意大利物理學(xué)家伽利略（1564-1642年）所作出的，他在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩種世界體系的對(duì)話》一書(shū)通過(guò)薩爾維阿蒂（伽利略的代言人）和辛普利邱（亞里士多德的代言人）的一段對(duì)話，對(duì)慣性作了闡述。
薩：“……假想有一光滑如鏡的平面是用鋼那樣堅(jiān)硬的材料制成的，該平面同地平線不平行，而是略微傾斜，如果在它上面放上一個(gè)鋼那樣的又硬又重的材料制成的滾圓的球，你認(rèn)為在松開(kāi)手之后這個(gè)圓球會(huì)怎樣呢？……如果把同一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的物體放在一個(gè)既不向上又不向下傾斜的表面上，會(huì)發(fā)生什么情況？”
辛：“如果只是把它放在這個(gè)平面上不動(dòng)，在這種情況下，該物體一點(diǎn)也不動(dòng)，但是如果沿某個(gè)特定方向已經(jīng)給了它一個(gè)初始沖力，那末就再不會(huì)有加速或減速的原因�！�
薩：“確實(shí)如此，但是如果沒(méi)有引起圓球減速的原因，就更不會(huì)有使它停住不動(dòng)的原因了，那么，你說(shuō)這個(gè)球會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到多遠(yuǎn)�！�
薩：“如果這個(gè)空間是無(wú)限長(zhǎng)的，那么在這個(gè)空間中的運(yùn)動(dòng)也同樣會(huì)是無(wú)限的嗎？也就是說(shuō)，是永恒的嗎？”
辛：“我看是這樣�！�
在這段對(duì)話中，伽利略通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)，使亞里士多德的代言人不得不承認(rèn)，一種非天然運(yùn)動(dòng)竟不需要外力，也能繼續(xù)不斷地運(yùn)動(dòng)下去。伽利略還在《關(guān)于動(dòng)力學(xué)和局部運(yùn)動(dòng)這兩種科學(xué)的對(duì)話》一書(shū)中寫(xiě)道：“我們可以進(jìn)而提出任何速度一旦施加給一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，只要除去加速或減速的外因，此速度就可以保持不變，不過(guò)這是只能在水平面上發(fā)生的一種情形，因?yàn)樵谙蛳聝A斜的平面上已經(jīng)存在一種加速因素，而在向上傾斜的平面上則有一減速因素。由此可見(jiàn)，在水平面上的運(yùn)動(dòng)是永久的，因?yàn)槿绻俣仁莿蛩俚�，它就不能減小或緩慢下來(lái)，更不會(huì)停止。”伽利略的這些敘述明確地提出了“慣性原理”。
伽利略的慣性原理的結(jié)論是作了大量觀察和實(shí)驗(yàn)推理得到的．因?yàn)槿魏螌?shí)際運(yùn)動(dòng)是不可能把所有外界影響都消除掉的，所以單憑實(shí)際觀察是不可能作出“維持運(yùn)動(dòng)不需外力”的結(jié)論，還必須運(yùn)用推理，即對(duì)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)加以理想化，正是根據(jù)理想的實(shí)驗(yàn)，伽利略得出了他的正確結(jié)論，把實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合，從復(fù)雜的實(shí)際現(xiàn)象中抽象出最簡(jiǎn)單、最本質(zhì)的理想情況加以分析，從而得出對(duì)自然規(guī)律的正確認(rèn)識(shí)，這是伽利略方法的突出特點(diǎn)，也是他能在科學(xué)上作出超越前人貢獻(xiàn)的基本原因。對(duì)于這一點(diǎn)愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端�！保ā段锢韺W(xué)的進(jìn)化》第3頁(yè)）他還說(shuō)：“伽利略對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)就在于毀滅直覺(jué)的觀點(diǎn)，而用新的觀點(diǎn)來(lái)代替它，這就是伽利略發(fā)現(xiàn)的重要意義。”（《物理學(xué)的進(jìn)化》第5頁(yè)）
伽利略雖然發(fā)現(xiàn)了“慣性原理”，但他并沒(méi)有完全擺脫亞里士多德的影響，盡管他明確地指出了在無(wú)摩擦、無(wú)邊際的水平平面上運(yùn)動(dòng)將是永恒的勻速直線運(yùn)動(dòng)，但在其他地方，特別是在較早出版的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩種世界體系的對(duì)話》一書(shū)中，他卻一再?gòu)?qiáng)調(diào)均勻圓運(yùn)動(dòng)才可能是天然的和永恒的。他說(shuō)他同意亞里士多德的那些結(jié)論，承認(rèn)世界上是一個(gè)具有三度空間的體系，因此是最完善的。由于世界是最完善的，它就必然是秩序井然的。“為了維持宇宙各部分的完善秩序，那就必需說(shuō)運(yùn)動(dòng)的物體只能沿圓周運(yùn)動(dòng)，如果有什么不沿著圓周運(yùn)動(dòng)的物體，那它就必然是不動(dòng)的。這就是說(shuō)，只有靜止和圓周運(yùn)動(dòng)適宜于維持秩序�！彼燥@然在這里伽利略所說(shuō)的平面是指各部分和地心等距離的水平面而不是空間的一條直線。
法國(guó)的哲學(xué)家笛卡爾（1596-1650年）在闡明運(yùn)動(dòng)量守恒規(guī)律時(shí)提出：“運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是，如果物體處在運(yùn)動(dòng)之中，那么如無(wú)其他原因的作用的話，它將繼續(xù)以同一速度在同一直線方向上運(yùn)動(dòng)，既不停下來(lái)也不偏離原來(lái)的方向�！边@為人們最終獲得慣性定律搭好了跳板，在笛卡兒看來(lái)慣性是忍受外界作用的能力，但笛卡兒曾猜想慣性是可變的，即速度不同慣性也不同，這是他的失誤。
英國(guó)物理學(xué)家數(shù)學(xué)家、經(jīng)典物理的奠基人牛頓（1642-1727年）在前人研究的基礎(chǔ)上于1687年發(fā)表了歷史巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中對(duì)力學(xué)的幾個(gè)基本概念下定義，其中定義3：“物質(zhì)的惰性力或固有力是一種反抗的能力，由于這種力，任何物體都要保持其靜止的或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)狀�！睂�(duì)此定義牛頓又作了如下的說(shuō)明：“由于物質(zhì)的惰性，物體要脫離其靜止?fàn)顟B(tài)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是困難的，基于這種考慮，這種表示惰性的力可以用一個(gè)最確切的名稱，叫慣性力�！睉T性作為一個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出來(lái)的固有的或天然的屬性名稱一直沿用到今天，這是牛頓首先提出的。牛頓還認(rèn)為：“這種力總是與具有該力的物體成正比�！边@句話在現(xiàn)代教科書(shū)上通常寫(xiě)成：一個(gè)物體的質(zhì)量是它的慣性大小的量度，質(zhì)量大的物體慣性大。
牛頓繼續(xù)在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出了運(yùn)動(dòng)三定律，冠以首位的是定律1：“每個(gè)物體都要繼續(xù)保持它的靜止?fàn)顟B(tài)或沿著筆直的直線和勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，除非對(duì)它施加外力，以迫使它改變這種狀態(tài)。”這個(gè)定律揭示了任何物體都具有一種保持其原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性，即慣性。當(dāng)物體不受力時(shí)，它處于靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，體現(xiàn)了它保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性，當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，慣性會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變進(jìn)行反抗，這時(shí)，這種特性就明顯表現(xiàn)出來(lái)。所以慣性的正確認(rèn)識(shí)和慣性定律的建立最終應(yīng)該歸于牛頓，因此牛頓第一定律又被稱為慣性定律。
牛頓第一定律（慣性定律）的建立，具有深刻的哲學(xué)意義，它告訴人們慣性是所有物體具有的本性，打破了地上運(yùn)動(dòng)和宇宙空間運(yùn)動(dòng)的人為界限，統(tǒng)一了宏觀與微觀的運(yùn)動(dòng)，并提出了處理任何運(yùn)動(dòng)的單一模式。由此出發(fā)可順利研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，它是第二、第三定律的基礎(chǔ)。
人類對(duì)于慣性的認(rèn)識(shí)從亞里士多德到伽利略直至牛頓，經(jīng)歷了2000多年無(wú)數(shù)個(gè)有名無(wú)名的科學(xué)家的探索才逐漸趨向完美，而其中對(duì)伽利略的用理想實(shí)驗(yàn)的思想方法給人以深刻的啟迪，這段歷史對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)物理并愿通向成功之路的人是最好的借鑒。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1191387.html
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