惯性这个词语，日常生活中我们经常遇到。
比如，一列火车疾驰而来，即便它已经开始刹车，但也不能立刻停下来。
因为我们知道火车具有惯性。
并且在普通人的认知中，物体的质量越大，则它的惯性越大。
然而，很少有人真正思考过，惯性的本质是什么？为什么质量可以衡量惯性的大小？
这是因为我们受到的教育，并不是从头开始的，而是预设了很多内容。
物理学严格算起来，应该是从伽利略开始的。
古希腊的那帮人，他们更注重的是思想的辩论，而不是具体的实验。
比如关于运动。
古希腊哲学家上来就研究运动的本质，讨论物体为什么会运动。
但是却不去研究物体到底是怎么运动。
说白了，他们不去研究过程，直接讨论结果。
而伽利略不同。
他是第一个将理性思维和实验结合起来的人。
他通过实验去研究物体的运动过程，从而发现规律。
其中惯性定律就是他最重要的发现之一。
伽利略认为物体的静止状态和直线匀速运动状态，是完全等价的。
并且他给这种状态起了一个名字，就叫：惯性系。
什么意思呢？
比如人在高铁上，如果把窗户都关上，假设轨道非常平滑，高铁没有一点颠簸。
那么其实人是感觉不到自己在运动的。
在没有其他参照系的情况下，是不可能分清匀速直线运动和静止的。
而所谓的惯性，就是物体保持这种状态的能力。
并且基于惯性系的概念，伽利略又发现了一个重要定律。
那就是相对性原理。
说的是在任何惯性系中，力学定律总是保持不变。
什么意思呢？
你在高铁上做自由落体实验，和你在地面静止时做自由落体实验。
两种情况下，看到的物体运动过程完全一样。
小球都是笔直下落，测出来的加速度也完全一样。
这就是相对性原理。
它非常符合人类的直觉体验，而且很容易用数学公式表达出来。
因此它和惯性定理一样，都是公理、公设。
意味着你可以去尝试证伪，但是没有办法证明。
牛顿完全继承了伽利略的两大力学定律。
在此基础上，提出了牛顿力学三大定律。
所以，牛顿说他站在巨人的肩膀上没有错，伽利略就是那個巨人。
牛顿是继承而不是生搬硬套。
首先，他给惯性定律下了一个严格的定义。
即一个质点或者物体在不受外力的情况下，它将保持静止或者匀速直线运动。
这就是牛顿第一定律。
牛顿就是牛顿，和普通人不一样。
他没有满足既有的定律，而是想的更深一步。
那物体要是在惯性运动的时候，突然给它施加一个力会发生什么。
这就是牛顿第二定律。
即力会改变物体的运动状态，产生一个加速度。
用数学公式表达就是F=ma。
不管是后世还是现在，只要是刚接触物理学的人，学到的第一个物理公式恐怕都是它。
看起来非常简单，小学生都会算。
但会算没用。
其实你并没有思考过公式背后的深刻道理。
牛顿当时在研究第二定律的时候，他就在思考一个问题。
为什么同样大小的力施加在不同的物体上，产生的加速度会不一样呢？
聪明的你立刻回答：因为质量m不一样啊。
恭喜你，答错了！
因为当时牛顿还没有推导出这个公式。
牛顿认为是惯性的原因。
物体的惯性总是让它倾向于保持原有的运动状态。
即物体的惯性是一种反抗外力的能力、固有属性。
惯性越大，反抗能力就越强；反之，惯性越小，反抗能力就越弱。
而惯性的大小，可以用【惯性质量】来表示。
也就是牛顿推导的F=ma中的m。
注意！
重点来了。
这个惯性质量m并不是我们常说的质量。
什么意思呢？
女神身材非常好，身高170cm，重量只有50kg。
我现在在后面推动女神，会给女神产生一个加速度。
我们代入公式F=ma时，m用的就是女神的重量，也是50kg。
但是！
这是两种完全不同的质量，只是恰好数值相等而已。
女神的重量是引力质量，而不是惯性质量。
惯性质量是物体抵抗外力的能力，而引力质量是物体之间产生引力的原因。
它们的物理意义完全不一样。
这二者绝对不能混为一谈。
至于为何它们俩数值相等，至今都是未解之谜。
而惯性质量和引力质量之间的关系，则是产生广义相对论的核心。
（好了，可以拿去装逼了。）
牛顿在发现完善第二定律后，很自然地就能解释一个问题了。
即为什么物体向上抛出后，又会落到地面。
显然，物体是受到了力的作用。
不然的话，物体应该是一直向上运动才对。
因此，他认为是地球给物体施加了一个力。
而且根据牛顿第三定律，物体之间的力是相互作用的。
所以，牛顿就把这种力命名为“万有引力”。
是万有引力让物体产生了一个加速度，从而改变了运动状态。
并且牛顿还直接给出了万有引力的计算公式，即万有引力定律。
好了，现在问题来了。
牛顿创造了如此辉煌的物理学大厦，他反过头一看，发现还存在一个问题。
即作为他力学理论根基的第一定理和第二定律，有一个限制条件。
那就是它们必须在惯性系下才能成立。
那么惯性系该怎么去定义呢？
聪明的你肯定会说：在不受外力的情况下，静止或者匀速直线运动的参考系就是惯性系。
那我就问：怎么样才算不受外力呢？
聪明的你回答：物体静止或者保持匀速直线运动就是不受力。
我又问：怎么才算物体静止或者保持匀速直线运动呢？
聪明的伱又答：物体不受力就.
看出来了吧，这是一个循环论证的问题。
惯性系本身根本没有办法定义。
而且在现实中我们也找不到惯性系的例子。
因为地球在转动（转动是加速运动，不符合惯性系定义），太阳在转动，世界上根本没有惯性系。
牛顿一看，那这肯定不行啊。
我的地基必须无懈可击才行。
于是，牛顿那绝世天才的大脑，突发奇想，定义出一个绝对空间！
他认为：绝对的空间，其自身特性和任何事物无关，处处均匀，永不移动。
牛顿确实牛逼。
他认为绝对的空间就是最大最好的惯性参考系。
这非常符合人们的直觉。
空间无处不在，而且空间不可能运动。
这就是惯性系的定义啊。
这下问题解决了。
凡是相对于绝对空间静止或者匀速直线运动的参考系，它就是惯性参考系。
凡是相对于绝对空间做变速运动的参考系，它就是非惯性参考系。
这个定义让牛顿力学定律有了坚实的基础。
在惯性系中，他的理论是成立的。
那么在非惯性系中呢，牛顿也有妙招，吊的不行。
他引入了【惯性力】来弥补理论的缺陷。
这样自己的理论在非惯性系中，也是可以成立和使用的。
还是举个高铁的例子。
假设一个人在高铁座位的支架上放了一个小球。
如果高铁忽然提速，做加速运动，加速度是x。
那么这个人会立刻看到小球向后也做加速运动，加速度也是x。
但是按照牛顿的理论，小球并没有受到前后方向的力啊，为什么会改变运动状态呢？
牛顿定律在非惯性系中遇到了困难。
但是这难不倒牛顿，他假想出了惯性力这个东西。
小球之所以会运动，是因为受到了惯性力的作用。
其大小和火车的加速度，以及小球本身的质量有关。
所以才叫惯性力，因为惯性而产生的力。
虽然惯性力是一个假力，但它对物体的作用是真实的。
至此牛顿的力学体系完美无缺，可以解释世间的一切力学现象。
直到李奇维和爱因斯坦横空出世，发表了狭义相对论。
证明了绝对空间并不存在！
（具体请看前面的内容，再写一遍怕你们说我水文。）
牛顿关于绝对空间的定义是错误的。
时空本是一体，是相对的。
每个独立运动的物体，都有各自特有的时空。
但是狭义相对论否定了绝对空间后，它也遇到了和牛顿同样的难题。
没有了绝对空间，惯性系该怎么定义呢？
要知道，狭义相对论的第一条公理就是：在一切惯性参考系中，所有物理定律都是等价的。
现在李奇维否定了绝对空间的存在，那他就同样解释不了惯性系的问题了。
狭义相对论只能和牛顿力学定律一样，在惯性系中才是成立的。
而现实中是没有惯性系的。
任何地球上的物体都会受到万有引力的作用，从而产生一个加速度，成为变速运动。
惯性系不存在！
基于一个不存在的东西，推导出来的理论当然就会受到质疑。
这就是狭义相对论的第一个核心缺陷。
此外，根据狭义相对论，任何信息的传递速度不可能超过光速。
但是我们仔细研究万有引力公式就会发现，它并没有限制引力传播的速度。
F=GMm/R。里面并没有涉及到时间参数。
而且牛顿本人就是认为万有引力是瞬时传递的，远远大于光速。
这显然与狭义相对论不符合。
因此，万有引力定律需要改造。
这就是狭义相对论的第二个核心缺陷。
怎么解决呢？
真实历史上，爱因斯坦是从惯性力开始思考的。
首先他自问，引力到底是不是瞬时力？
他认为这不可能，因为不符合狭义相对论。
爱因斯坦对麦克斯韦方程组非常钟爱。
他认为引力的传递也是需要媒介的。
他把这种媒介称为“引力场”，就和电场一样。
既然有了引力场，那么物体所受的引力就等于质量乘以引力场强度。
把它和F=ma一对比，就会自然得到惯性质量和引力质量的比是一个常数。
后来，有物理学家通过实验证明，这个常数是1。
那么就意味着惯性质量和引力质量是相等的。（我们平常说的质量都是指引力质量。）
这可不得了。
当时的所有物理学家都不清楚这种相等背后的本质原理。
他们无法从理论上给出证明。
爱因斯坦也不懂。
不过不懂没关系，爱因斯坦又发挥了他那超级敏锐的物理直觉。
他大胆假设：惯性质量和引力质量是等效的。
即广义相对论的第一个原理：等效原理。（是公理）
【惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。】
什么意思呢？
举个例子。
一个人站在一艘太空飞船的地面上。
如果这时候飞船以加速度g（地球重力加速度）向上加速运动的话。
那么这个人就会同时受到一个反方向的惯性力。
惯性力把他牢牢地压在地上。
惯性力大小就等于人的惯性质量乘以加速度g。
由于人的惯性质量和人的引力质量是相等的。
此时人受到的加速度又是g，和地球的重力加速度一样。
那么这个人就会感受到，自己和在地球上静止一样。
换句话说，宇宙飞船代替了地球。
飞船加速运动产生的惯性力场代替了地球的引力场。
这个人完全分辨不出自己到底是在地球上，还是在一艘以g加速度运动的飞船内。
两者完全等效。
加速度就是引力，惯性力和引力是等效的。
这就是等效原理的内涵。
有了等效原理后，爱因斯坦再处理狭相的第一个问题，惯性系问题，就非常简单了。
因此有加速度的非惯性系，都可以被看成是惯性系处在了引力场之中。
很好理解吧。
因为加速度和引力场是等效的。
因此，也就没有了所谓的非惯性系。
任何非惯性系都可以看成是惯性系不变，引力场在变。
这样的话，在处理任何非惯性系的问题时，就可以只研究引力了。
这时，爱因斯坦就可以顺理成章地把狭义相对性原理，推广到所有参考系之中了。
即广义相对论的第二个原理：广义相对性原理。（也是公理）
【所有物理定律在任何参考系中都保持不变。】
物理规律不再是只在惯性系中不变了。
至此，广义相对论的两大原理建设完成。
注意，这两个公理并不是胡乱提出的。
而是爱因斯坦对物理定律进行深入的分析后，才大胆假设的。
我们马后炮认为很简单，但那是一百多年前。
接下来，就是爱因斯坦啊不李奇维，用这两个原理撬开广义相对论的大门了。
也许聪明的你会问：开始做实验验证吗？
不！
做实验太low了，要做就做思维实验。
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