慣性定律即牛頓第一定律(Newton's First Law, or Law of Inertia)，它的發現者是牛頓。慣性定理：一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。即：一切物體在沒有受到力的作用的時候，運動狀態不會發生改變，靜止的物體將永遠保持靜止狀態，運動的物體將永遠保持勻速直線運動狀態。物體保持運動狀態不變的性質叫慣性。
基本介紹
- 中文名：慣性定律
- 外文名：Newton's First Law, or Law of Inertia
出現過程,慣性新猜想,
出現過程
2000年以前，人們已經提出了運動和力的關係問題。當時有名的學者亞里士多德(Aristotle)從對一些運動的觀察中得出結論：必須有一個恆定的力作用在物體上，物體才能夠以恆定的速度運動，沒有力的作用，物體就靜止下來。在他看來，力就是物體運動的原因。在亞里士多德時代以後的2000年內，人們對運動和力的關係的認識一直沒有什麼重大進展。直到17世紀，伽利略(Galileo Galilei)才向著正確的認識邁出了第一大步。他把事實和思維結合起來，大膽地斷言：一量物體具有某一速度，只要沒有加帶或減速的原因，這個速度將保持不變。也就是說，當沒有外力作用於物體時，物體將保持靜止或作勻速直線運動。在伽利略看來，力並不是物體運動的原因，而是運動狀態發生變化的原因。伽利略的結論與亞里士多德的結論完全不同，但是他的觀點能很好地說明各種問題。
伽利略在觀察和分析了大量物體運動的基礎上，著重研究了物體在斜面上的運動。他注意到物體沿斜面向下運動時，速度不斷增加，沿斜面向上運動時，速度不斷減小。伽利略根據這一事實進行討論，沒有傾斜的水平面上，物體的運動應當是沒有加速也沒有減速，也就是說速度應當是不變的。當然，伽利略知道，這種水平運動的速度實際上並不是不變的，而是逐漸減小的，這是因為物體受到了摩擦力阻礙的緣故。摩擦力越小，物體以接近於恆定速度運動的時間就越長，在沒有摩擦的理想情況下，物體將以恆定的速度持續運動下去。伽利略這種理想化的運動，是一種科學的抽象，它更深刻地反映了事物的本質，
現在，慣性定律可以用近代的實驗設備近似地得到證明：把物體放在一個導軌上，並高法使物體和導軌之間形成氣層，和氣墊船的道理一樣，物體沿導軌運動時摩擦可以減到很小，這時推動一下物體，可以扯到物體的運動很接近勻速直線運動。當然，慣性定律的正確性主要還在於它所推出的結論都與實驗結果相符。伽利略的觀點後來由牛頓總結為運動第一定律，所以說牛頓第一定律就是伽利略最早發現的慣性定律。
三百多年前，伽利略通過對實驗研究的分析，認識到運動物體受到的阻力越小，它的速度就減小的越慢，它運動的時間就越長。他還進一步推理出：在理想的情況下，如果接觸面絕對光滑，物體受到阻力為0，它的速度將不會減慢，將以恆定不變的速度運動下去。
法國科學家笛卡爾（René Descartes, 1596-1650）進一步補充了伽利略的結論，指出如果運動的物體不受任何力的作用，不僅速度大小不變，而且運動方向不變。
後來英國科學家，牛頓(Isaac Newton)總結了伽利略等人的研究成果，從而概括出一條重要的科學定律：
一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。
[i]An object at rest or traveling in uniform motion will remain at rest or traveling in uniform motion unless acted upon by a net force.[/i]
（註：一切物體在沒有受到力的作用的時候分兩種情況：一種是物體真的沒有受到力（這是一種理想情況)，一種是物體受到了平衡力(這是現實生活中可以見到的情況））
這就是著名的牛頓第一定律。
同樣，這條定律也說明了：一切物體都有保持靜止狀態或勻速直線運動狀態的性質，我們就把物體所擁有的這種性質稱為慣性，因而牛頓第一定律也稱慣性定律。
一、牛頓第一運動定律的定義是：如果物體處於靜止狀態或呈勻速直線運動，只要沒外力作用，物體將一直保持靜止狀態，或呈等勻速直線運動之狀態。這個定律又稱為慣性定律。
二、這個定律不完善之處在於：1）沒有定義什麼是靜止，什麼是勻速直線運動。2）沒有從本質上區分二者的不同。而是把二者同等對待。然而，事實上靜止與運動的確是物體存在的兩個明顯的不同形式。3）這個定義只是對現象的描述性定義，而沒有解釋這種現象（即慣性）產生的機制。4）沒有對慣性進行過量化。
三、質量場是由物質的質量為場源形成的一個包圍該質量的球形場。它和質量一樣是物質存在的一種自然屬性[1]。質量場在一個層面上的密度為物體的質量總和與該質量場層總面積的比值。質量場密度的單位是公斤每平方米（kg/m2)。計算公式為：D=M/A。其中D為質量場密度，M為物體的總質量，A為需要計算質量場密度的那個質量場層面的總面積。因為A是一個球形面積，所以，質量場密度公式可以寫成：D=M/4pr2。所有的運動形式都可以通過質量場與質心之間的對稱性反映出來[2]。
四、用質量場來修改、補充和完善牛頓第一運動定律。
1）對靜止與勻速直線運動的定義。
a、靜止：宇宙中存在著物體的絕對靜止狀態。當一個質量體的質量場對該質量體的質心呈現全方位對稱時，該質量體所處的狀態為絕對靜止(參見參考閱讀[2]中的圖)。絕對靜止與該質量體與其他參照物之間的相對運動狀態無關。
b、勻速直線運動：當一個絕對靜止的質量體在受到外力作用的情況下會導致該質量體的質量場相對其質心在運動方向的軸線上出現不對稱性(參見參考閱讀[2]中的圖)。當外力消失後並且沒有其他淨力作用的情況下，質量場與質心之間的這種不對稱狀態將永久持續下去。這種狀態在運動形式上表現為勻速直線運動。
2）靜止與勻速直線運動的本質不同。
從上述定義中已經可以了解到靜止與勻速直線運動的本質不同就在於質量場與質心的對稱與不對稱上。靜止狀態時是對稱的，勻速直線運動時是不對稱的。勻速直線運動的起因一定是曾經受到過外力的作用而導致質量場對質心產生了不對稱。在外力消失後，外力留下來的作用結果（即質量場對質心的不對稱性）仍然保留在物體的運動狀態之中。同時，能量也以質量場對質心的不對稱性而保留在相應的運動狀態當中。而靜止的物體中因為不存在質量場對質心的不對稱性，因而不存在這種能量。所以，靜止與勻速直線運動有著本質上的不同。物體在運動當中質量場密度會發生變化，所以，改變運動中物體的運動狀態比改變靜止狀態物體的運動狀態更加困難。但是，在低速運動狀態下，質量場密度變化的影響可以用近似的方法加以忽略不計。也就是說，靜止狀態下的物體通過增加質量來增加慣性，而運動中的物體還可以通過增加運動速度來增加具有方向性的慣性。
3）產生慣性現象的機制。
慣性實際上就是物體具有的保持質量場與質心之間原有相對狀態的能力。原來是靜止的物體，它的質量場就保持對質心的球形對稱；原來處於運動中物體，它的質量場就保持原有對質心的不對稱。這就是慣性。如果要改變物體的質量場與其質心的這種狀態，就必須給物體一個外力，否則物體就一直保持原有的狀態不變。我們知道質量越大的物體，若想改變它的運動狀態就越難。同樣，速度越快的物體，若想改變它的運動狀態也越困難。這之間存在相通性。質量越大的物體，其質量場密度越大，因而改變它與質心對稱性的困難程度就越大。同樣，速度越快的物體，質量場與質心之間在運動方向上的不對稱性就越大，從而導致在運動方向上的質量場密度的增加也就越大，因此，在這個方向上改變它與質心對稱性的困難也就越大。所以，無論是靜止還是運動的物體，產生慣性的機制是相似的。所以，慣性定律應該修改為：任何物體在任何運動狀態下都具有保持質量場與質心原有狀態不變的能力。這種能力使得原來處於靜止狀態或呈勻速直線運動的物體，只要沒外力作用，物體將一直保持靜止狀態，或呈等勻速直線運動之狀態。這種能力的大小由物體的質量與質量場密度決定。
4）量化靜態慣性
從慣性的產生機制已經知道，慣性大小與兩個因素有關，一個是質量M，一個是質量場密度D，二者與慣性都成正比關係。因此，處於靜止狀態下的靜態慣性可以用這樣的式子來表示：
Ii=GmMD （1）
其中I是物體的靜態慣性，Gm是質量場常數，M是物體的質量。質量場常數也是新引力常數[3]，其數值為Gm=8.387 x 10-10m3/s2。
量化一個概念的過程就是用數學語言來表達這個概念的過程。為了滿足數學運算的要求，我們首先必須把物體質點化。用一個數學的點來表示一個物體的質量和位置。同時，我們還必須把條件標準化。因此，在量化慣性的過程中，首先要規定一個統一的質量場密度計算標準，把距離統一規定為1個單位。因為這裡使用的是公斤米秒制，所以，把距離r規定為1米。這樣，質量場密度就是：
D=M/A=M/4pr2=M/4p （2）
把（2）式代入（1）式可得
I=GmMM/4p=(Gm/4p) x M2 = 6.67x10-11x M2 (3)
也就是說，一個質量為M的物體的靜態慣性I為：I=6.67x10-11x M2 (牛頓)。慣性的單位與力相同，也使用牛頓（mkg/s2)來表示。
雖然慣性不是力，但是，在改變物體的運動形式時必須要克服慣性，而克服慣性所使用的就是力，所以，慣性可以用力的單位來表示。就象萬有引力不是作用力但也必須用力的單位來表示是一樣的道理。
計算靜態慣性大小的兩個例子。
例一：一個質量為1公斤物體的靜態慣性為：
I=6.67x10-11x M2=6.67x10-11x 12=6.67x10-11牛頓。
例二：地球的質量為：5.97 x 1024 kg。所以，地球的靜態慣性為：
I=6.67 x 10-11x M2=6.67x10-11x(5.97x1024)2 =2.38x1039牛頓。
勻速直線運動物體的慣性不僅與物體的質量有關，而且與它的運動速度相關。有關動態慣性的計算方法比較複雜，暫時留作今後的一個研究課題。
五、修改後的慣性定律的實用價值
靜態慣性的增長是物體質量的平方關係。所以，質量越大的物體慣性就相對越大。從地球的靜態慣性與它質量的比例關係來看，它的靜態慣性要大很多。這就說明，要改變地球的運動狀態必須要使用比地球的質量大很多的力才有可能。也許正是這種原因，巨大的天體的運轉壽命比小小的人造衛星要長得多。
物體無論在靜止還是在運動狀態下的質量都不變，但是慣性隨著物體的質量或運動速度的大小而變化。這解釋了為什麼牛頓定律在大質量和高速度運動物體上不適用的原因。同時也說明相對論中得出的“運動可以增加物體質量”的結論是對運動可以增加物體慣性現象的一種誤解。物體的質量是永遠不變的。慣性之所以可以改變是因為慣性是保持質量場與質心相對關係的能力，而運動速度的增加與質量的增加都能夠產生同樣導致質量場密度變化的結果，所以可以導致物體慣性的增加。從質量場與質心的關係上來看，在某中意義上，增加運動與增加質量有著等效性。也就是說大質量可以產生出高速度的效果，高速度也可以產生出大質量的效果。
註：p為圓周率。
慣性新猜想
靈遁者先生認為引力是物質與物質之間的作用。引力場是這種作用的結果。而這樣的結果就如同一種空間性質。正是由於這種空間性質，才使得物質具有慣性。而且這種慣性的大小隻於物質的質量大小有關。而質量大小，又會決定引力大小。所以這就是引力質量和慣性質量嚴格有正比關係原因，這是是正確。愛因斯坦以此建立等效原理也是正確的。根據上面的文字，相信大家可以更好的理解，引力是慣性的源泉。引力決定物質具有慣性。假想宇宙物質，沒有引力，那么物質也就沒有慣性。但是顯然這是不可能的。慣性本身不是一種力，是一種物質在引力場中表現出來的性質。所以不要拿引力和慣性力做文章，去為難“引力是慣性的源泉。”我本人一開始，也對此問題，頗為頭疼。但是其實是錯誤的。這根本就不是問題。而引力的產生，我在文章中已經說了，認為是物質結構，物質組成，物質運動所導致的一種必然聯繫。其他宇宙三種力，也於此密切相關。但是在不同的尺度，不同的粒子運動情況下，表示出截然不同的作用。這在哲學上，也是非常講的通的。由於來說，試著去尋找宇宙統一的“力”，是正確的。就像我在結尾中說過。他會是一個非線性的系統。而不是單一的，線性的公式。這與我們現在所看到的世界相反。
