馬赫在不幸癱瘓之后，并沒有向冷酷的現實低頭，他以頑強的意志和過人的精力與命運抗爭，作出了令正常人也難以想象和完成的工作。在生命的黃昏時分，他的大腦涌現出的新思想，依然光彩熠熠，描繪出一幅“落霞與孤鶩齊飛，秋水共長天一色”的絢麗畫卷。愛因斯坦在悼念馬赫逝世的文章中，準確而傳神地揭示了馬赫晚年的內心追求和精神境界：

“他對觀察和理解事物的毫不掩飾的喜悅心情，也就是對斯賓諾莎(B．deSpinoza，1632~1677)所謂的‘對神的理智的愛’，如此強烈地進發出來，以致到了高齡，還以孩子般的好奇的眼睛窺視著這個世界，使自己從理解其相互聯系中求得樂趣，而沒有什么別的要求。”

從1898年7月右半身偏癱到1916年逝世，在將近整整18年間，馬赫不僅行動不便，而且不斷遭到其他疾病的折磨。他年事已高，生活無法自理，耳聾，講話聲音含糊，后又患上風濕痛(1903年)、神經疼(1906年)、前列腺炎和膀胱病(1913年)。但是，病魔并沒有制服他。癱瘓后不幾天，他就開始練習用左手掃寫。他不能穿衣、吃飯、洗澡，全靠妻子精心照顧他；他不能走路，就用手杖和輪椅，必要時出動救護車；他不能寫字，就用左手的一個指頭打字；他不能作實驗，他兒子路德維希替他作實驗，路德維希是位醫學博士，他從1880年代后期在布拉格就承擔起馬赫實驗室的主要責任，現在又成了他父親的保健醫生，還要在父親生病時幫助復信和處理諸多事務。因此，布萊克默認為馬赫一生最后18年(在某種程度上是最后30年)的歷史是由馬赫父子—人“共同譜寫的”，路德維希是“幕后的巨人”。

馬赫1901年從維也納大學正式退休。他原準備退休后去意大利佛羅倫薩定居，在那里他能夠同布倫塔諾和斯特洛(J．B．Stallo，1823~1900)交談。斯特洛這位當時并不引人注目的德、美哲學家早先就了解馬赫的許多思想。馬赫在《熱學》第二版中提到，他是從羅素《幾何學基礎》(1898年)的參考文獻中注意到斯特洛《近代物理學的概念和理論》(1882年)“這一豐富的、明晰的著作”的，而斯特洛的思想和文章早在1860年代末和1870年代初就發表了。斯特洛的書給他留下了深刻印象，他為該書德文版(1901年)寫了序，并把他的《熱學》第二版(1900年)題獻給斯特洛。不巧，斯特洛在世紀伊始去世，馬赫也就打消了去意大利度晚年的計劃。

從1900~1913年，馬赫以驚人的毅力完成了諸多寫作和出版任務。他修訂了《感覺的分析》(在篇幅上擴大了一倍)，刪節并增補了《力學》。給《講演》德文版增補了7章，他把自己的科學哲學講演匯集成一部新著《認識和謬誤》。他連續3年(1901~1903年)為《一元論者》雜志撰寫了3篇論文，從感覺生理學和心理學、歷史和物理學的觀點討論了空間概念的本性、起源和發展問題；他的研究對幾何學的哲學基礎的討論作出了獨特的和不可或缺的貢獻，“贏得了權威性和統帥地位”；這3篇文章的英文合集以《空間和幾何學》為題于1906年在美國初版。他在1913年還完成了《光學》前一半，并為他最后一部著作《文化和力學》收集資料。

在此期間，馬赫還就哲學、通俗科學、科學實驗工作發表了15篇新寫的文章。他的兩篇重要哲學文章很長，1919年以書的形式出版。馬赫還為10多本書寫了序言，并在舊著的新版本中添專門的章節或注釋，為他的思想辯護。此外，他還就科學和哲問題與眾多的學者和年輕人通信。他還參與了許多支持正義和進步事業的活動，他的政治活動在1907年達到高峰。他還在1910發表了《我的科學知識論的主導思想及我的同代人對它的反應》論文，回答了普朗克的挑戰。馬赫多種著作的外文譯本也在這時候相繼在世界各地出版，旅居錫蘭(現稱斯里蘭卡)的生理家比爾(TheodorBeer)甚至在科倫坡看到，馬赫的著作的當地語言文本擺在書攤上。

馬赫是世紀之交物理學革命的啟蒙者和先驅，愛因斯坦是這場革命的先鋒和主將。馬赫在19世紀末敲打出的“火星”，在20世紀伊始點燃了愛因斯坦這支易燃的“火捻”，終于燃起物理學革命的熊熊“火焰”。本文將以馬赫與愛因斯坦之間的交往關系為主線，重點剖析一下愛因斯坦對馬赫的批評。

一、馬赫與愛因斯坦的交往

馬赫首次提及愛因斯坦好像是在1909年。當時他在(能量守恒)第2版中加了一個新注，表示贊成愛因斯坦的相對論：

“空間和時間在這里未被看作是獨立的實體，而是現象相互依賴的形式。于是，我贊同相對性原理，我也在我的《力學》和《熱學》中堅持贊成它。”

也就是在這一年，馬赫把他的再版書寄贈給愛因斯坦，由此引發了二人之間的通信。馬赫給愛因斯坦的信無從找到，但是從愛因斯坦致馬赫的信中可以看出，馬赫“對相對論感興趣”。在《能量守恒》再版的序言中，馬赫首次對普朗克1908年12月的萊頓講演做出了反應。此后，馬赫一直關心著愛因斯坦的相對論和其后的研究，他在1914年致彼得楚爾特的兩封信中也對愛因斯坦的相對論表示好感。

1910年初，在弗蘭克的安排下，馬赫在維也納附近的住所會見了愛因斯坦。當時馬赫已是年逾七旬的老人，愛因斯坦則剛剛30出頭，弗蘭克則是20多歲的小伙子。弗蘭克回憶當時見面的情景：

[內容提要]本文集中論述了馬赫經驗論的根基、內涵，并剖析了對馬赫經驗論的普遍誤解。

[關鍵詞]馬赫，經驗論，要素一元論，感覺經驗論

馬赫是19世紀末、20世紀初的超級哲人科學家。馬赫哲學屬于經驗論的范疇。這種經驗論既有對傳統經驗論的繼承，也有超越，突破和創造，從而具有較為豐富的內涵。馬赫的經驗論是感覺經驗論，它雖則激進和徹底，但并不極端和狹隘。

1）馬赫經驗論的根基：要素一元論及其真諦

“要素”一詞是馬赫的要素一元論的核心概念。在馬赫看來，構成世界的要素并不是完全獨立的，但是為了分析和研究的方便，可以將其劃分為三組：外部要素或物理要素，用符號ABC……表示它們是那些通常被稱之為物體的，由顏色、聲音等組成的復合體，內部要素或生理要素，用符號KLM……表示，它們是那些叫作我們身體的，在前一類復合中以某些特點為優異標志的一部分復合體；內部要素或心理要素，用符號αβγ……”表示，它們是由意志、記憶印象等等構成的復合體。這樣人為的劃分，對應著科學研究的三個領域——物理學、生理學和心理學。馬赫認為，通常人們把組成自我的復合體αβγ……KLM……與組成物質世界的復合體ABC……置于對立的地位。但是，有時只把αβγ……視為自我，把KLM……ABC……視為物質世界。初看起來，好像ABC……是離自我而獨立的，并且是與自我相對立的。可是，這種獨立性只是相對的，一經研究，就消失了。

按照馬赫的觀點，“要素是構成物理的(同時也是心理的)世界的最簡單的基石”，它是到目前為止我們不能再作進一步分解的成分”，即“最后的組成部分”。([1]，pp.33，4)雖然要素依照聯系的方式，時而表現為物理要素，時而表現為心理要素，然而“這些要素總是一樣的，僅僅是一個種類的。”“一切要素都是等價的。”([1]，pp.49，250)“我們物理經驗和心理經驗的暫定的基本共同的組分，我們稱之為要素。從形式上看，馬赫的要素概念與原子假設有某種共同之處，但是從實質上看，馬赫的要素比原子更廣泛、更根本。更何況，實在論者或唯物論者是在本體論的意義上使用原于概念的，而馬赫提出的要素概念并無本體論的涵義。

慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區分運動狀態和運動狀態改變的認識，這一點在人類認識發展史上經歷了漫長的歲月。

在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發表的著作《新天文學》和1619年發表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性。”“慣性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強。”這大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

伽利略開創了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發現了慣性定律。

慣性系在哪里，或者什么樣的參考系是慣性系？深入地研究發現，這在理論上和實踐上都存在根本的困難。首先，要問什么是慣性系，回答是慣性系就是慣性定律成立的參考系，那就是說，在這個參考系中一個不受外力作用的物體總是處于靜止或勻速直線運動狀態。那么不受外力作用又是什么意思呢？這就是說，在慣性系中處于靜止或勻速直線運動狀態的物體是不受外力作用的。這樣就又回到什么是慣性系的問題。這是一具邏輯循環，無助于解決什么樣的參考系是慣性系的問題。其次，在實踐中地球是一個相當好的近似的慣性系，我們在觀察實驗室中的許多力學現象，都可以把地球看作慣性生活費，但是地球肖自轉，并且繞著太陽在旋轉，有一些力學現象顯示出地球的這種轉動效應，例如慣性離心力，科利奧萊力等，因此地球并不是嚴格的慣性系。太陽及其鄰近的恒星組成的參考系是比地球更好的慣性系。進一步的研究表明太陽是銀河系中的一顆普通恒星，它同其他銀河系聽恒星一起繞銀心旋轉，作變速運動，因而太陽參考系也不是嚴格的慣性系。根據這種經驗，我們可以取更大的天體系統的平均靜止參考系以趨近嚴格的慣性系。看來我們可以不斷地趨近慣性系，但卻不能找到嚴格的慣性系。

這樣，我們有了支配物體運動的力學規律(牛頓定律)但是卻無法確定牛頓定律成立的慣性系。牛頓的力學理論如同建立在沙灘上的建筑物。牛頓深知他的力學理論中的這一脆弱的根基。他提出的解決辦法是引入絕對空間。他想信存在絕對空間，“絕對空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的”，這樣就可以在絕對空間里區別物體是處于靜止、勻速運動還是變速運動，從而也就能夠確定慣性系和非慣性系。為了說明絕對空間和絕對運動的存在，他提出一個著名的“水桶實驗”，其大意如下。一個盛有一半水的桶掛在擰得很緊的繩子上，松開手后，桶和水的運動經歷以下三種情形：(1)開始，桶在繩恢復原有狀態的作用下快速旋轉，由于水和桶的粘滯力很小，水尚未旋轉起來，水面是平的；(2)在粘滯力長時間的作用下，水和桶一起旋轉，水受到慣性離心力的作用向桶壁擠壓，水面呈下凹形；(3)讓桶突然靜止，水仍在旋轉，水面仍然是下凹。牛頓分析以上實驗結果認為，在(1)(3)兩種情形，水對于桶都有相對運動，但前者水面是平的，而后者是下凹的，在(2)(3)兩種情形，無論水對于桶是否有相對運動，水面都是下凹的，因此，水對于桶的相對運動不是水面下凹的原因，水面下凹的真正原因在于水在空間里作絕對轉動，受到慣性離心力造成的。這說明存在著可以觀察出物體作絕對運動的絕對空間，加速度是絕對的。

牛頓的絕對空間和絕對運動繼承了人們自古以來認為空間和時間物質及其運動相對獨立而無論的直覺，被大多數人所接受，它還受到哲學家康德的支持，康德說過；“我們永遠不能表象出沒有空間，可是我們卻很能設想空間中沒有對象。”但是牛頓的絕對空間和絕對運動受到他同時代人的批評，其中著名的有萊布尼茲和貝克萊，萊布尼茲認為那種與物質客體相分離的任何空間概念都是哲學上沒有必要的，貝克萊則指出，認為空間是“一種永久的、自存的、無限的、不可分的、不可變的東西”“是有害的、荒謬的”，然而他們都未能提出任何觀念，發展一種新的動力學理論來替代牛頓理論，不過他們的看起來十分挑剔的批評對后有著潛在的影響。

對牛頓絕對空間的第一個建設性批評來自兩百年后奧地利的物理學家和哲學家馬赫。馬赫在他1883年出版的《力學史評》一書中對牛頓的絕對空間和絕對運動作了深刻的批評。

關于牛頓的“水桶實驗”，書中寫道：“牛頓的旋轉水桶實驗只是告訴我們，水對于桶壁的相對旋轉不引起顯著的離心力，而這離心力是由水對地球及其他天體質量的相對轉動所產生的。如果桶壁愈來愈厚，愈來愈重，直到厚達幾英里時，那就沒有人能說這實驗會得出什么樣的結果。”“如果把水桶固定，讓眾恒星旋轉，能夠再次證明離心力會不會存在嗎？”在馬赫看來，牛頓水桶實驗中凹行為并不能區分究竟是水相對絕對空間的轉動，還是水相對于眾星體的轉動，因此，并不能由此得出存在絕對空間的結論，相反地，把水面下凹行為看成是由于水相對于從星體轉動，水桶內壁以外的所質量的吸引和帶動所造成的，要更自然些。

馬赫是出于他關于我們的世界的一種非常兒到的哲學見解，對牛頓的絕對空間作出深刻批判的。他在書中寫到；“我們不要忘記，世界上的一切事物都是相互聯系、相互依賴的。”要注意，馬赫強調的是相互聯系、相互依賴、相互影響，那種只有一方依賴于一方而不被另一方所依賴，一方可影響另一方而不被另一方所影響的事物是不存在的，是虛構的，也是“同科學中的思維方式相矛盾的”(愛因斯坦語)。在牛頓力學中絕對空間就是這樣的虛構，它會影響到物體的動力學性質，譬如，只有相對經來說，慣性定律才成立，但是物質的運動反過來卻不能對絕對空間產生絲毫影響。既然是一種不能被人們的經驗所證實的虛構，它就應該從科學中剔除出去。概括起來，馬赫的觀點是，物體的運動不是絕對空間中的絕對運動，而是相對于宇宙中其他物質的相對運動，因而不僅速度是相對的，加速度也是相對的；在非慣性系中物體所受的慣性力不是“虛擬的”，而是一種引力的表現，是宇宙中其他物質對該物體的總作用；物體的慣性不是物體自身的屬性，而是宇宙中其他物質作用的結果。馬赫的精辟見解被愛因斯坦取名為馬赫原理。

【內容提要】本文指出，王星拱的科學哲學，既從客觀存在的自然界出發，有著自發的自然科學的唯物主義思想；又深受實證主義代表人物馬赫的影響，有著主觀唯心主義的認識論思想。正是由于兩者的內在矛盾以及自發的自然科學唯物主義的弱點，使王星拱在20世紀20年代的“科玄之爭”中，站在“科學派”一邊，反對“玄學派”，同時也與馬克思主義相對立。它說明，自然科學家雖然從根本上說，是自發的自然科學唯物主義者，但若要始終堅持徹底的唯物主義立場，則必須把自發的自然科學唯物主義提高到辯證唯物主義的水平。

王星拱（1887～1949），字撫五，安徽懷寧（今安慶）人，曾任北京大學化學教授、武漢大學和中山大學校長等職。他既是一位自然科學家，又是一位哲學家。作為自然科學家，他有著自發的自然科學的唯物主義和辯證法思想，有待于我們去概括和提高；作為哲學家，他又深受第二代實證主義代表人物馬赫的影響，在20世紀20年代的“科玄之爭”中，站在“科學派”一邊，反對“玄學派”，同時也與馬克思主義的辯證唯物論相對立，有待于我們作出客觀的、實事求是的分析和評價。而王星拱在哲學理論思維方面的經驗教訓，更值得我們反思和借鑒。

一

自然科學研究的對象是自然界的客觀存在，科學研究的基本方法是觀察和實驗。故而自然科學的根本精神是與唯物主義和辯證法相一致的，并由此決定了自然科學家大多是自發的自然科學的唯物主義者和辯證法者。王星拱也不例外，而且具有典型性。

首先，在自然觀方面，王星拱贊成實在論者，亦即唯實家的物質實在觀。他說：“依唯實家說來，桌子有二觀：其一，是由觀察點而定的，叫做心理觀；其二，是不由觀察點而定的，叫做物理觀，桌子的物理觀，是可以離精神而獨立的”。〔1〕這是自然科學家根據現代科學的成就，對實在概念作出的解釋。這正如馬克思所說的：“被抽象地孤立地理解的，被固定為與人分離的自然界，對人來說也是無。”〔2〕同樣，被抽象地孤立地理解的，被固定為與人分離的客觀實在，對于人類來說也是“無”。正因為如此，王星拱在當時認識到，物質的客觀實在性既有“由觀察點而定”，依賴于觀察過程的一面，又有“可以離精神而獨立”的一面，確是難能可貴的。

基于以上的認識，王星拱分析了物質與現象、物質與能量的關系。他說：“現象界是什么呢？就是物質改換能力表現所生出的。物質、能力兩樣東西，是不能分開的，物質籍能力而改換，能力依物質而表現。……這些不同的物質，改換不息，這些不同的能力，表現不息。所以在這個無限的時間空間之中，生出這種不同的現象”。〔3〕在此，王星拱堅持和發展了嚴復提出的“質力相推”的唯物主義觀點，認為紛繁復雜的現象界的所有現象都是物質變化所產生的，而能量（能力）則是物質的表現。這在當時盛行“物質消滅了”的說法和普遍提倡唯能論的情況下，有著重大的理論和實踐意義。

慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區分運動狀態和運動狀態改變的認識，這一點在人類認識發展史上經歷了漫長的歲月。

在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發表的著作《新天文學》和1619年發表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性。”“慣性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強。”這大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

伽利略開創了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發現了慣性定律。

慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區分運動狀態和運動狀態改變的認識，這一點在人類認識發展史上經歷了漫長的歲月。

在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發表的著作《新天文學》和1619年發表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性。”“慣性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強。”這大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

伽利略開創了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發現了慣性定律。

慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區分運動狀態和運動狀態改變的認識，這一點在人類認識發展史上經歷了漫長的歲月。

在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發表的著作《新天文學》和1619年發表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性。”“慣性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強。”這大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

伽利略開創了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發現了慣性定律。

慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區分運動狀態和運動狀態改變的認識，這一點在人類認識發展史上經歷了漫長的歲月。

在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發表的著作《新天文學》和1619年發表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性。”“慣性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強。”這大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

伽利略開創了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發現了慣性定律。