惯性系的任意选择

关键字：惯性系，非惯性系，牛顿运动定律，惯性，惯性定律

通常我们把牛顿运动定律成立的参考系叫做惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系叫做非惯性系。参考系或说惯性系描述的是相对运动，是一个物体相对于另一个物体的相对运动，是两个物体的运动差。那么惯性定律说的是相对运动吗？或说惯性定律中说的惯性运动是相对运动吗？是相对于参考系的相对运动吗？

描述地球运动的时候，太阳是一个很好的惯性系。在太阳看来，地球受力变速运动，地球就是一个非惯性系。在地球看来，不受力（相对于太阳说的）由于惯性与太阳保持静止的物体，受到一个惯性力。而描述月球的时候，地球却成为一个很好的惯性系。就是说地球既可以看做是一个惯性系，也可以看做是非惯性系。

地球如此，与地球静止的物体如此。太阳呢？也是如此。描述行星运动的时候，太阳是一个很好的惯性系。但在银河系看来，太阳不变速运动，在银河系看来不受外力与银河系静止或匀速直线运动的物体，在太阳看来受到一个惯性力。此时太阳是一个非惯性系。就是说一个物体既可以是惯性系同时也可以是非惯性系不是个别物体特有的现象。

为什么惯性系与非惯性系不是绝对对立的呢？

绝对静止理论上的定义

我们从静止入手，从个别物体的静止到所有物体的静止。

个别物体相对于另一物体或说参考系的静止，这是相对静止；但当所有的物体都静止的时候，物体的静止变为绝对静止。物体的静止就是绝对静止，所有的物体都是绝对静止。静止的物体保持静止，受力后才会运动起来。因此物体的运动是相对于自身的静止说的，当所有的物体都静止的时候，物体的静止就是绝对静止。这样我们就从理论上定义了绝对静止。

所有的物体都静止的时候的静止就是绝对静止。当所有的物体都静止的时候，怎样运动起来？静止的物体保持静止，受力后才会运动起来。因此物体的运动是相对于自身的静止说的。当所有的物体都静止的时候，物体的静止就是绝对静止，物体的运动就是相对于此时的静止说的。就是说所有物体的运动都是相对于绝对静止说的。因此所有的运动都是绝对运动。我们通常说‘运动是绝对的'的意思就是所有物体的运动都是相对于绝对静止说的，物体的运动就是绝对运动。

绝对运动的描述

绝对运动可以通过绝对静止系来描述，也可以通过另一运动的物体来描述。

所有的物体都受到外力，不受外力的物体不存在，所以绝对静止系可能不存在。迈克尔逊莫雷实验说明绝对静止系不存在。绝对静止系的不存在，本身就说明所有物体都是绝对运动的。绝对运动指的是物体自身的运动，与其它物体的运动无关。绝对静止系是不存在的，绝对静止系不存在说明我们无法把物体的绝对运动描述出来，即绝对运动相对于绝对静止的描述。这个描述称为绝对描述。那么只能通过另一运动的物体来描述，即相对描述。所谓相对描述就是物体自身的运动或说绝对运动相对于另一运动物体的运动，是两个物体的的运动差。我们把相对描述出来的运动叫做相对运动。

所以说绝对运动是存在的，但对绝对运动的描述是相对的。

所有物体的运动都是相对于绝对静止说的，所有物体的运动都是绝对运动。这样我们就得出与相对论不同的结论。所有的相对运动都是对绝对运动的描述。

惯性定律的适用范围是所有物体。

这样我们对惯性定律的理解就会发生变化。不受外力的时候，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。 这里的静止和匀速直线运动指的是绝对静止和绝对匀速直线运动。就是说惯性定律是相对于绝对静止系说的。不是相对于相对静止说的，也不是相对于绝对匀速直线运动系说的。惯性定律的适用范围是所有的物体，是一切物体。所有物体的运动都是起源于静止，起源于绝对静止，是相对于绝对静止说的。

正因为惯性定律的适用范围是所有的物体，所以物体受力后才会产生加速度，由于所有的物体都是受力的，所以所有的物体都是变速的。由于万有引力，所有的物体都受到外力，不受外力的物体不存在，所以绝对静止系可能不存在。迈克尔逊莫雷实验说明绝对静止系不存在。绝对静止的物体不存在，所以选择任一物体作为参考系，描述物体的运动都是物体与参考系的相对运动，不是物体自己的运动。物体自己的运动，只与自己本身有关，与其他物体无关；物体的相对运动，与物体的运动有关，与参考系的运动有关，是物体与参考系的运动差。

惯性系中符合的是惯性定律？不是的。正因为所有的物体符合牛顿运动定律，正因为所有的物体都受力，所以所有的物体都是变速运动。我们说的惯性系与非惯性系只是在‘所有的物体都是变速运动'里的划分，是所有物体符合牛顿运动定律后的划分。

惯性系符合的是与牛顿运动定律描述一样但不是一个定律的定律。我们可以称之为惯性系中的牛顿运动定律。1，在参考系看来，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运动状态为止。这叫惯性系中的惯性定律。与惯性定律的区别是，惯性定律描述的是绝对不受外力；惯性系中的惯性定律描述的是相对不受外力。当然保持运动状态也是一个是绝对的，一个是相对的。

惯性系中的牛顿运动定律

2在参考系看来物体受力时，物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。这叫惯性系中的牛顿第二定律,也表示为F=ma。与牛顿第二定律的区别是，牛顿第二定律描述的是绝对力，惯性系中的牛顿第二定律描述的是相对力。受到的外力是相对于参考系说的。3，在参考系看来，力是物体间的相互作用。这叫惯性系中的牛顿第三定律。与牛顿第三定律的区别是，当参考系受到外力的时候，物体受到一个惯性力。这里的参考系可以受外力。而牛顿第三定律是相对于绝对静止说的，不存在绝对静止系受力一说{或说绝对静止系受力就不是绝对静止系了}，因此物体不存在只受力却找不到施力物体一说。作用力与反作用力是成对存在的。所有的物体都符合第三定律。当我们在‘所有的物体都受力变速运动'中找一个物体作为参考系，作为惯性系的时候，惯性系中物体不受外力的时候保持与惯性系的匀速直线运动或静止，但惯性系是可以受力的，这样物体就受到惯性力，或说相对力。

在参考系看来，力是物体间的相互作用。这里的力是相对于参考系说的。只有相对于参考系受力，我们才会说有力的产生，才会有施力物体与受力物体。与参考系（或说惯性系）具有相同加速度的物体在参考系看来就是不受力的，物体不受力的标准就是与参考系（或说惯性系）具有相同的加速度。在惯性系中说物体是受力的，是以此为起点的。由于惯性系是受力的，不同的惯性系受力可能不同，所以不同的惯性系，对物体受不受力的判断标准不同。

例如，地球作为惯性系，月球的不受力，保持的静止就是与地球的静止，月球不受力保持的运动就是相对于地球的匀速直线运动。地球作为惯性系，描述太阳，太阳就会变速运动。太阳就是一个非惯性系。而已太阳为惯性系的时候，地球受力运动，地球不受力保持的静止就是与太阳的静止。太阳，地球那个是惯性系呢？这个是可以任意选择的。由于两者加速度不同，所以，任一个物体作为参考系的时候，或说作为惯性系的时候，判断物体受不受力的标准就不同。所以无论谁作为惯性系，那么另一个就是非惯性系。例如太阳为惯性系，那么地球就是非惯性系；例如地球是惯性系，那么太阳就是非惯性系。

惯性系是任意选择的

惯性系与非惯性系都是在‘所有的物体都是受力的，或说变速运动'中的选择，都是平等的。我们可以选择任一物体作为惯性系，然后相对于惯性系变速运动的物体就是相对于惯性系来说是非惯性系的参考系。惯性系是选择的，是任意选择的，非惯性系是相对于惯性系说的。非惯性系本身也是惯性系。一个参考系既是惯性系也是非惯性系，我们说它是惯性系是相对于与参考系具有相同加速度的物体说的，我们说它是非惯性系是相对于与参考系不具有相同加速度的物体说的。从力的角度说就是，一个物体是惯性系还是非惯性系取决于我们对物体受不受力的判断，或说取决于判断物体受不受力的标准。

我们任选一个物体作为惯性系的时候，那么相对于惯性系变速运动的物体就是非惯性系。与惯性系匀速直线运动或静止的物体还是惯性系。惯性系与惯性系之间，一个共同点就是具有相同的加速度。惯性系与惯性系判断物体受不受力的标准一样，惯性系与惯性系是处在相互静止或相互匀速直线运动状态。惯性系与非惯性系判断物体受不受力的标准不一样，惯性系与非惯性系的相互运动状态是变速运动。惯性系与非惯性系之间相互的变速运动可能是一个参考系受力造成的，可能是两个参考系都受力造成的。惯性系相对于非惯性系或说非惯性系相对于惯性系是受力的，就是说两个参考系看来另一个参考系是受力的。惯性系说的物体不受力，或说物体不受力的时候的运动状态是与惯性系保持静止或匀速直线运动状态。非惯性系说的不受外力，或说物体不受力的时候的运动状态是与非惯性系保持静止或匀速直线运动状态。所以说惯性系与非惯性系判断物体受不受力的标准不同。惯性系的不受力是相对于惯性系的标准说的，非惯性系的不受力是相对于非惯性系说的。惯性系与惯性系之间判断物体是静止或是匀速直线运动的标准不同。惯性系中的静止都是相对于惯性系自己说的，不是相对于另一个惯性系说的。（关于匀速直线运动，同上）

惯性的两种

在参考系中，我们所说的物体的惯性，是相对于参考系说的，我们称之相对惯性。在参考系看来，物体不受外力的时候，总保持与参考系相互静止或匀速直线运动状态。物体的这种不受外力的时候，总保持与参考系相互静止或匀速直线运动状态的性质我们叫做惯性，叫做相对惯性。这个惯性与物体有关，与参考系有关。是由两个物体共同绝定的。例如，参考系运动状态发生改变的时候，在参考系看来，物体就会不受力产生加速度，仿佛物体的惯性发生改变一样。此时我们说物体的惯性依然存在是相对于参考系运动状态没有发生改变说的，或是说相对于原来的参考系说的，或是说相对于惯性系说的。

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运动状态为止。又叫惯性定律。这里的保持匀速直线运动状态或静止状态指的是绝对匀速直线运动状态或绝对静止状态。这种保持原来的绝对匀速直线运动状态或绝对静止状态的性质叫做惯性。这个惯性叫做绝对惯性是物体固有的性质，与其他物体无关。

就是说我们通常说的惯性定律中的惯性与惯性系中的惯性是两回事。这也是为什么牛顿说惯性是物体固有的性质，马赫说惯性不是一个物体的性质，甚至说惯性就是力的原因。

惯性系中的惯性运动，是受力的物体相对于参考系或说相对于惯性系，的相对描述。由于物体与惯性系具有相同的加速度，在惯性系看来，此时的物体就是不受外力的，此时的物体就会由于不受外力而保持与惯性系的相互静止或匀速直线运动状态。我们把物体不受外力的时候总保持与惯性系的相互静止或匀速直线运动状态的性质也叫做惯性。而物体之所以保持与惯性系的静止或匀速直线运动是因为物体是受力的，是因为物体受力与惯性系具有一样的加速度。

受力变速运动的物体在参考系或说惯性系看来不受外力，保持与参考系的静止或匀速直线运动状态。那么在参考系或说惯性系看来，把物体保持与参考系的静止或匀速直线运动状态归结为物体自身的能力或说原因，把这种能力叫做惯性。而‘物体保持与参考系的静止或匀速直线运动状态'的运动在另一参考系看来却是变速运动的，是由于物体受力造成的。这样物体的运动状态，在惯性系看来是惯性运动，物体之所以处在这样的运动状态的原因，我们把它归结为是物体的惯性；而在另一参考系看来就是变速运动，物体之所以处在这样的运动状态，是因为受到外力的缘故。这样对于一个物体的运动或说对于一个物理现象对于不同的参考系解释的角度不同。在惯性系看来是惯性，是物体自身的一种性质；在另一参考系看来却是力。在惯性系定义为惯性的现象，在另一参考系看来却是受力现象。这里相对于参考系来说的惯性就是力。引力是力的一种，如果物体的变速运动是由引力引起的，那么此时参考系中说的引力就是另一参考系中说的惯性，那么此时说的引力就是惯性。当然以上我们说的惯性指的是相对惯性，不是惯性定律中的惯性。

举例。例如，太阳，地球，月亮，在太阳看来，地球与月亮受引力变速运动，而在地球看来，月亮是不受太阳的吸引的，太阳引力不存在。月亮受到地球的吸引，如果月亮不受地球的吸引就会由于惯性与地球保持静止或匀速直线运动。这里的‘如果月亮不受地球的吸引就会由于惯性与地球保持静止或匀速直线运动'在太阳看来就是受太阳引力变速运动。那么在地球看来是惯性的东西在太阳看来就是引力，是力。又例如，自由落体系看自由落体运动。在自由落体系是惯性的东西，在地球看来是引力。

广义相对性原理独特视角  任何物体或说参考系都是变速运动，在任何参考系中物体分为两类，一类，物体不受外力的时候，保持与参考系的静止或匀速直线运动状态；另一类，物体不受外力的时候，受到惯性力，不保持与参考系的静止或匀速直线运动状态。对于物体不受外力的时候，保持与参考系的静止或匀速直线运动状态这类物体来说，参考系是惯性系；例如，地球为参考系，观察月球。太阳为参考系，观察地球。对于物体不受外力的时候，受到惯性力，不保持与参考系的静止或匀速直线运动状态的这类物体来说参考系是非惯性系。地球为参考系观察太阳。太阳为参考系观察银河系。这样，参考系属于惯性系还是非惯性系取决于参考系内描述的物体。参考系看做是惯性系还是非惯性系取决于衡量物体受不受力的标准。

我们对运动的认识发生改变造成对惯性定律的理解发生改变。运动是在空间的运动，那么如何认识空间呢？空间，是通过物体来描述的，物体是通过把自身作为空间的定点来描述空间的。绝对静止描述的空间是绝对空间，运动的物体描述的空间是相对空间。具体的向《绝对运动的认识》，《绝对空间的相对描述--相对空间》有详细的描述，这里不再详写。

参考文献：【１】《运动认识--运动差》吴兴广【２】《广义相对性原理独特视角》【３】《物理学中量的计算与相对论的关系》吴兴广【４】《绝对运动的认识》【５】《惯性定律与惯性系两者中惯性的区别》【６】《牛顿运动定律适用范围的推广》小马吃鱼【７】《既是惯性系又是非惯性系的参考系》

２０１３年１０月５日２２：２１：１９吴兴广