《惯性原理新议》（代《空间与时间的哲学问题》结束语）
作者：孟源
内容提要:
    在地面上由于惯性而保持静止状态的物体，同时还参与地球的自转而在作圆周运动，参与地球围绕太阳的公转而在作地球轨道上的三维曲线运动，参与太阳系在银河系的运动在作高维运动，参与....；这一切说明了什么？
    其一是说明了惯性运动在引力世界是普遍存在的；其二是说明了惯性运动的形式并不限于静止或匀速直线运动。这倒不是说我们赞同广义相对论的引力系与惯性系的“等效”，而是应该对惯性定律的描述重新加以定义。叠床架屋式的相对论完全是多余的，被爱因斯坦的思路牵着鼻子走，只会把我们引向歧途。
    “惯性原理”和“惯性定律”，所讨论的是同一回事。之所以另称“原理”，是为了叙述方便，有别于人们已熟知的牛顿“定律”；新议，重新议一议。

以下是正文：
    科学定律特别是基本定律，应以最简练的语言，涵盖最常见、最普通的自然现象。惯性运动是自然界最常见的物质运动，也是最基本的物质运动形式，是构成其它各种物质运动的基础。牛顿描述了这一运动，他是如何表达的呢？
    牛顿首先对惯性运动的状态加以限制：静止或匀速直线运动。显然，符合这一要求的，必须是不受力作用的物体。因此牛顿第一定律的完整表达是：当一物体距离其它物体足够远时，继续保持静止状态或匀速直线运动状态。从而人为地把物质世界的运动，划分为理想化的惯性系和客观存在的引力系。这一表达，实际上是为万有引力的数学方程式作了铺垫，却并不适用于引力系中的惯性运动，称其为惯性定律似乎有点牵强。
    爱因斯坦感觉到了牛顿第一定律的缺陷，认为惯性运动同样适用于引力系。然而他没有试图去重新表达，而是在不改变第一定律描述的前提下，别出心裁地将事物间的空时关系拟物化，提出了空时变换和时空弯曲，来达到引力系与惯性系的"等效"。
    我们也认为惯性运动在引力世界是普遍成立的，问题的症结恰恰出在牛顿力学的表述上。因此我们设想，如果把惯性原理重新定义为"受恒力作用的物体，不会改变其运动状态"的表述形式，或许就可以将惯性定律从概念中过于理想化的运动形式，拉回到现实的、受力作用的物质世界中来，现实世界大大小小的引力系，也就可以不被看作为非惯性系。爱因斯坦绕了一个大圈子，通过狭义相对论、广义相对论的曲折途径所要达到的目的，引力系与惯性系的"等效"，其合理内核也仅限于此。
     "受恒力作用的物体，不会改变其运动状态"，是什么意思呢？
    1、惯性运动的形式，不限于静止或匀速直线运动，也可以是变速运动或曲线运动，只要是保持该种运动。
    试想，在地面上由于惯性而保持静止状态的物体，从静止的地心坐标系来看就是在作圆周运动，从日心坐标系来看就是在地球轨道上的三维曲线运动，还参与太阳系在银河系的运动在作高维运动；我们能说前者是惯性，后面的都不是惯性吗？我们不具体指明惯性运动是什么形式的运动，有其两方面的含义。其一是说惯性运动的形式，本来就是多种多样，不拘一格的；其二是可以使惯性原理对各个层次的参考系都能成立。但是"不会改变其运动状态"，如果从同一个参考系来看，某物体由静止变化为运动，或由匀速运动变化为变速运动，或变速运动改变了运动的频率或周期，都算改变了运动状态，都意味着物体受到了恒力以外的力的作用。
     2、力是矢量，不但有大小，而且有方向，恒力就是大小和方向守恒的力。而方向是需要参照物的，不同的参照物可以出现不同的方向。引力的方向性永远指向其引力中心不变，引力中心就是其参照的坐标中心，这应该是不会造成什么歧议的。
   不过我们所说"受恒力作用的物体"还有着两方面的含义或引申。其一是说在三维的空间联系上，所受作用力的合力为静态恒力的物体，不会改变其运动状态；其二是说在其运动的周期过程（相当于虚拟的空时四维联系）中，所受作用力的合力为动态恒力的物体，也不会改变其运动状态。
   前面一种情况不言自明、也是不难接受的。惯性定律的证明，也都是在受引力作用的条件下进行的。如果铁轨的海拔高程和方向保持不变而又没有其它阻力的话，那么火车虽然处在地球的引力作用和地面的反作用力之中，仍然可以作永无休止的惯性运动；再如定点人造地球卫星虽然受到地球引力的作用，如果没有其它变轨力的话，也可以永远保持其对地定点的运动状态。
   后面一种情况可以麦克斯韦滚摆或其它钟摆（以往是采用能量守恒定律中的动能--势能的相互转化来说明的）为例，虽然在每一瞬间滚摆所受作用力的合力并不恒定，大小或方向都在改变，可是从其运动周期来看，运动过程中所受作用力的合力处于动态平衡，既没有增加也没有减少，方向也没有变化，故而滚摆或钟摆也不会改变其变速的运动状态（频率或周期）。再如天体运行中星体椭圆轨道的运动，我们也可以作如是的解释。简言之，受恒力作用的物体和不受力作用（即恒力为零时，回复到牛顿第一定律的形式，第一定理只是惯性原理的一个特例）的物体一样，都可以作惯性运动。
我们还可以将惯性运动理解为有周期性的非惯性运动。当惯性运动的物体被恒力以外的力所中断时，就会表现为非惯性运动。如自由落体运动和抛物线运动，是物体受力失衡后的非惯性运动，但如能完成其运动周期并保持其运动频率时，又成了惯性运动。当自由落体运动不加其它外力限制时，与地心距离的改变导致了引力的周期性变化，就成了穿越地心的震荡运动；抛物线运动如不加限制，也会成为穿越地层的椭圆运动。即是说，惯性运动包含于非惯性运动之中，是由非惯性运动组成的，因此它们是辩证统一的。
   有了这两点引申，也就涵盖了狭义相对论和广义相对论所有合理的内核。
    这样一改，就使惯性和受力作用联系起来了。我们以为一定条件下的引力可以看作是恒力，那么现实的引力系就是近似的惯性系，天体运行也可以解释为近似的惯性运动。修改后的惯性原理既兼容了经典力学定律，无需作过多的改动；又可使画蛇添足、荒诞不经的洛伦兹空时变换成为多余。相对论一方面说空间和时间是相对的，另一方面又把作为空时函数的光速说成是绝对的。当代哲学之所以明知相对论在逻辑上出现了悖谬，难以做到自圆其说，但科学上又离不开这支拐杖，其原由也在于此。
    建立在牛顿第一定律基础上的惯性系是二维平面的，无法与引力系的任何参照物相协调，所以是理想的和虚拟的。而建立在我们提出的惯性原理基础上的惯性系，则是三维向心的，球形曲面的，可以描述引力空间的惯性运动，因而是现实的和物质的。这就是二者的最大区别，也是可以取代广义相对论的根本所在。
    既然如此，我们为什么又说现实的引力系是"近似"的惯性系呢？原因也有二。其一是因为物质世界的引力中心不是单一的，而是多层次的，各引力中心要相互影响而产生摄动(如潮汐的起落) ；其二是引力空间并不是一无所有的虚空，天体在运行中要产生阻力而出现进动（如行星近日点的进动）。所以实际存在的引力系又是不完全的惯性系。
    我们的想法是否有道理，是否比牛顿的表述更合适，比爱因斯坦的"变换"更简单、更直截了当，仅供各界研究判断。