公交車上站立的乘客為什么是傾斜的

這天課間時，陽陽講了這樣一個笑話：

“在一輛走著的公交車上，因為急剎車，一位男士踩了一位女士的腳，那位女士不干了，沖著那位男士就罵：‘瞧你那德行。’那位男士笑著說道：‘這不是德行是慣性。’”

陽陽說完，周圍幾個同學都樂了。

稍后，一個同學問：“那什么是慣性呢？”

“啊？合著你剛才是起哄跟著大家伙兒一起樂呢。慣性，慣性，慣性其實我也不是很清楚，一會兒問老師吧。”一句話讓大家又哈哈大笑起來。

那么，到底是什么慣性呢？慣性是具有保持靜止狀態或勻速直線運動狀態的性質，即保持運動狀態不變的性質。一切物體都具有慣性。慣性大小與物體的運動狀態無關。慣性大小與物體質量大小有關。

在物理學里，慣性（inertia）是物體抵抗其運動狀態被改變的性質。物體的慣性可以用其質量來衡量，質量越大，慣性也越大。艾薩克·牛頓在巨著《自然哲學的數學原理》里定義慣性為：

慣性，指一切物體都有保持原來運動狀態不變的屬性。

更具體而言，牛頓第一定律表明，存在某些參考系，在其中，不受外力的物體都保持靜止或勻速直線運動。也就是說，從某些參考系觀察，假若施加于物體的合外力為零，則物體運動速度的大小與方向恒定。慣性定義為，牛頓第一定律中的物體具有保持原來運動狀態的性質。滿足牛頓第一定律的參考系，稱為慣性參考系。稍后會有關于慣性參考系的更詳細論述。

慣性原理是經典力學的基礎原理。很多學者認為慣性原理就是牛頓第一定律。遵守這原理，物體會持續地以現有速度移動，除非有外力迫使其改變速度。

牛頓特別定義絕對空間為不依賴于外界任何事物而獨自存在的參考系，在絕對時空中，不受力的物體具有保持原來運動狀態的性質，這性質稱為“慣性”。牛頓認為慣性是物體的內部性質。

恩斯特·馬赫認為，絕對空間的概念太過玄秘，絕對空間不是可以實際觀察測得。假若將所有遙遠星體的運動平均，得到的參考系應該是靜止的，可以替代絕對空間。因此，物體的慣性與遙遠的星體有關，物體的慣性起源于其與整個宇宙的物質之間的相互作用，也就是說，“遠域的物質決定了本域的慣性”。但是，遠在宇宙的那一端，相距10光年宇宙半徑的星球，怎么能夠影響本域的慣性？盡管馬赫的批評很有道理，牛頓力學的準確度是有目共睹的事實。究竟是什么原因造成了遠域的物質似乎與本域的慣性沒什么牽連的表象？

愛因斯坦在研究廣義相對論時，深深地被馬赫的理論吸引與啟發，愛因斯坦稱這想法為馬赫原理。愛因斯坦表明，引力是遙遠物質影響本域慣性的機制，而這耦合發生于彎曲時空，可以用幾何動力學的初值方程計算求得。根據愛因斯坦的理論，只要知道宇宙的整個質量-能量分布與流動，就可以計算出，在任意位置與時間，物體的慣性。這具體地給出了馬赫定理的操作機制。

假設一個旋轉圓球殼的質量等于地球質量、半徑等于地球半徑、旋轉角速度等于地球自轉角速度，在圓心位置有一個傅科擺，則這旋轉圓球殼對于傅科擺產生的參考系拖拽現象，與整個宇宙對于傅科擺產生的現象，兩者之間的比率大約為5×10。因此，可以得出結論：地球對于傅科擺的影響相當微小。假若地球質量加大0.2×10倍，則旋轉圓球殼對于傅科擺產生的參考系拖拽現象相當于宇宙對于傅科擺產生的現象。

物理知識小鏈接

在地球表面，慣性時常會被摩擦力、空氣阻力等效應掩蔽，從而促使物體的移動速度變得越來越慢（通常最后會變成靜止狀態）。這現象誤導了許多古代學者，例如，亞里斯多德認為，在宇宙里，所有物體都有其“自然位置”——處于完美狀態的位置，物體會固定不動于其自然位置，只有當外力施加時，物體才會移動。