難解的定律

在牛頓的力學(xué)三大定律中，沒(méi)有一個(gè)定律像著名的第三定律——作用與反作用定律——那樣令人困惑。每個(gè)人都知道它，有人甚至知道如何正確地運(yùn)用它，然而，很少有人能完全理解它。你可能很幸運(yùn)地一下就掌握了它的含義，但我承認(rèn)，我花了10年時(shí)間才找到問(wèn)題的核心。

與我討論過(guò)這個(gè)定律的大多數(shù)人都愿意承認(rèn)它是正確的，但對(duì)幾點(diǎn)基本認(rèn)知仍持保留意見(jiàn)。他們?cè)敢獬姓J(rèn)第三定律適用于靜止的物體，但不能理解它如何適用于運(yùn)動(dòng)的物體。根據(jù)該定律，每一個(gè)作用力總有一個(gè)與其相等且相反的反作用力。因此，當(dāng)一匹馬拉著一輛馬車(chē)時(shí)，馬車(chē)應(yīng)該正以同樣的力量拉著馬。在這種情況下，馬車(chē)應(yīng)該留在原地，不是嗎？但它還是動(dòng)了。既然這些力是相等的，為什么不互相抵消呢？

這是討論這個(gè)定律時(shí)經(jīng)常聽(tīng)到的問(wèn)題，這是否意味著這個(gè)定律是錯(cuò)誤的呢？當(dāng)然不是，只是我們沒(méi)有正確地理解它。這些力并沒(méi)有互相抵消，而是施加在不同的物體上：一個(gè)施加在車(chē)身上，一個(gè)施加在馬身上。這些力當(dāng)然是相等的，但相等的力是否總是產(chǎn)生相同的作用？相等的力是否會(huì)給所有的物體帶來(lái)相等的加速度？難道對(duì)一個(gè)物體的作用力不取決于這個(gè)物體本身以及物體對(duì)力的“反作用力”的值嗎？一旦想到這一點(diǎn)，你就會(huì)立即察覺(jué)：為什么盡管車(chē)以同樣的力把馬拉回來(lái)，但馬仍會(huì)拉著車(chē)走呢？你會(huì)發(fā)現(xiàn)，作用在車(chē)上的力和作用在馬身上的力在每一時(shí)刻都是相等的，但由于車(chē)依靠車(chē)輪輕松地滾動(dòng)前進(jìn)，而馬依靠馬蹄勉力地推離地面，所以車(chē)會(huì)向馬拉它的方向移動(dòng)。另外你要知道，如果沒(méi)有車(chē)對(duì)馬的反作用力，我們就完全不需要馬，因?yàn)榧词棺钶p微的推力也會(huì)使車(chē)移動(dòng)。我們需要馬來(lái)克服車(chē)的反作用力。

如果這個(gè)定律不像通常那樣簡(jiǎn)單地表達(dá)為“作用等于反作用”，而是表達(dá)為“作用力等于反作用力”，也許更易于領(lǐng)會(huì)。因?yàn)橄嗟鹊闹皇橇Α６饔谩绻裢ǔＤ菢影选傲Φ淖饔谩崩斫鉃椤拔矬w的移動(dòng)”——因?yàn)槭芰Φ奈矬w不同，一般來(lái)說(shuō)是不相等的。

1934年2月，蘇聯(lián)的“切柳斯金號(hào)”探險(xiǎn)船在北極地區(qū)被浮冰擠碎。牛頓第三定律可以完美地解釋這場(chǎng)事故的成因：當(dāng)冰塊擠壓“切柳斯金號(hào)”的船體，船體便以相同的力量擠壓冰塊，災(zāi)難的發(fā)生正是因?yàn)楹窈竦谋鶎幽軌虺惺苓@種壓力而不潰決，空心的船體卻屈于這種力量而被擠碎，盡管它是由鋼鐵制成的。

在下落過(guò)程中，每個(gè)物體都同樣遵循作用與反作用定律，盡管兩種作用力無(wú)法同時(shí)顯現(xiàn)。蘋(píng)果之所以墜落，是因?yàn)樗坏厍虻囊λＨ欢O(píng)果本身也以完全相同的力量吸引著地球。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，蘋(píng)果和地球相向墜落，但它們的下落速度是不同的。相互吸引的力量賦予蘋(píng)果10米/二次方秒的加速度，而賦予地球的加速度則與其質(zhì)量相反，地球的質(zhì)量比蘋(píng)果大多少倍，地球的加速度就比蘋(píng)果小多少倍，由于地球的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蘋(píng)果的質(zhì)量，所以地球的運(yùn)動(dòng)微乎其微，以至于實(shí)際中被忽略不計(jì)。因此我們要說(shuō)“蘋(píng)果落在地球上”，而不是“蘋(píng)果和地球相向而落”。