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对牛顿第一定律的修正 费邦镜 牛顿是在继承了伽利略和笛卡尔惯性原理的基础上，进一步明确提出惯性定律，并在《原理》中把惯性定律作为运动第一定律正式提了出来：“每个物体都保持其静止或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。”[1] 但是，我们都知道，每一个关于运动的陈述都包含着一个物理的参考系，我们只能相对于其他物体来量度位移和速度。而第一定律却并没有明确给出这个参考系，也就是说，牛顿并没有告诉我们，第一定律中的“静止”或“匀速直线运动”是相对于什么参考系而言的，以致爱因斯坦说：“我们有了定律，但是不知它们归属于哪一个框架，因此整个物理学都好像是筑在沙堆上一样”[2]。 笔者在《论引力场就是以太也是绝对空间》[3] 一文中已论证了：“引力场就是以太，引力场让光的传播有了一个可靠的绝对参考系，能对原先各种充满矛盾的光学实验给予圆满的解释”；还论证了：“引力场就是牛顿的‘绝对空间’，引力场把牛顿和马赫对于水桶实验的解释统一起来了，让牛顿力学也有了一个可靠的绝对参考系，牛顿力学再也不是‘筑在沙堆上’的学说了”。并进一步指出：既然“惯性定律”有了绝对参考系，“惯性”自然是物体相对于引力场而言的。这同马赫“惯性起源于全宇宙所有物质施加的综合影响”[4] 的观点是一致的。 这让我们想起了一个老问题：为什么惯性运动必须是直线的呢？好像没有什么理由。 其实，“在这个定律中，牛顿改变了伽利略提出的‘物体会沿着水平方向永不停止地一直运动下去’的惯性运动的表述，明确提出，惯性运动是匀速直线运动而不是水平运动。” [5] 笔者认为，牛顿的这一改变是毫无道理的，是错误的。惯性运动就应该如伽利略所说的那样，是水平运动而不是直线运动。何以见得？理由相当充分： 既然“惯性”是起源于引力场的影响，是物体相对于引力场而言的，那么，惯性运动的方式就应该与引力场的分布有关。在地球本征引力场中，水平面就是一个等势面，物体在只受到平衡力的情况下，只能是保持静止，或沿等势面运动。这才符合机械能守恒定律。 仅仅在匀强引力场中，才可能出现真正直线的惯性运动，地面的惯性运动都是近似的直线运动，只不过近似的程度很高罢了。 那么，非直线的惯性运动有没有实例呢？当然有： 伽利略早就指出：“地球的惯性运动是圆周运动，而且由于重力会使一个物体趋向它的中心（它绕之而运行的点），这样的物体实际保持的状态或惯性状态也是圆周运动。因此，伽利略的惯性原理，与笛卡尔的惯性原理或牛顿的惯性原理不同，必须把它称作为‘圆周惯性’原理”。[6] 另外，不受到任何作用力的物体是绝不可能找到的，即使它距离其他物体足够足够远。任何作惯性运动的物体，都是因为所受之力相互平衡的缘故。 因此，笔者认为，牛顿第一定律从此应修正为： “每个物体，如果所受之力相互平衡，将相对于其所处的引力场，保持静止状态或按原方向、沿等势面作等速运动的状态不变。” 你看，修正后的第一定律，不仅有了牛顿梦寐以求的绝对参照系，机械能也守恒了，是否比原来的完美多了？ 这是牛顿定律在找到了绝对参考系之后，应有的合理修正。 霍金曾指出：“爱因斯坦的广义相对论所预言的运动和牛顿理论略有不同。爱因斯坦的预言和观测相符，而牛顿的预言与观测不相符，……然而我们在大部分实际情况下仍用牛顿理论，因为在我们通常处理的情形下，两者差别非常小。（牛顿理论的另一个巨大的优点在于，它比爱因斯坦理论容易处理得多！）” [7] 笔者期待，在牛顿第一定律得到了修正之后，牛顿理论可以取代爱因斯坦的相对论，因为“四维时空”实在无法想象。 参考文献 [1] 牛顿，自然科学之数学原理，武汉出版社，王克迪译，1992，13～14。 [2] A.爱因斯坦、L.英费尔德，物理学的进化，上海科学技术出版社，1979，155。 [3] 费邦镜，论引力场就是以太也是绝对空间，新浪博客: http://blog.sina.com.cn/feibangjing>。 [4] 赵峥，相对论百问，北京师范大学出版社，2010，12。 [5] 朱鋐雄，物理学思想概论，清华大学出版社，2009，17。 [6] 安东尼.M.阿里奥托，西方科学史（第2版），商务印书馆，鲁旭东译，2011，340。 [7] 史蒂芬.霍金，时间简史，湖南科学技术出版社，2002，10～11。
作者：上海金标软件有限公司，费邦镜，发表日期：2013/01/10 新浪博客: http://blog.sina.com.cn/feibangjing> 搜狐博客: http://i.sohu.com/p/=v2=ZYo=4mpu2GJimcQq/blog/ 电子信箱: feibj@sh163.net
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