公交车上站立的乘客为什么是倾斜的

这天课间时，阳阳讲了这样一个笑话：

“在一辆走着的公交车上，因为急刹车，一位男士踩了一位女士的脚，那位女士不干了，冲着那位男士就骂：‘瞧你那德行。’那位男士笑着说道：‘这不是德行是惯性。’”

阳阳说完，周围几个同学都乐了。

稍后，一个同学问：“那什么是惯性呢？”

“啊？合着你刚才是起哄跟着大家伙儿一起乐呢。惯性，惯性，惯性其实我也不是很清楚，一会儿问老师吧。”一句话让大家又哈哈大笑起来。

那么，到底是什么惯性呢？惯性是具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，即保持运动状态不变的性质。一切物体都具有惯性。惯性大小与物体的运动状态无关。惯性大小与物体质量大小有关。

在物理学里，惯性（inertia）是物体抵抗其运动状态被改变的性质。物体的惯性可以用其质量来衡量，质量越大，惯性也越大。艾萨克·牛顿在巨著《自然哲学的数学原理》里定义惯性为：

惯性，指一切物体都有保持原来运动状态不变的属性。

更具体而言，牛顿第一定律表明，存在某些参考系，在其中，不受外力的物体都保持静止或匀速直线运动。也就是说，从某些参考系观察，假若施加于物体的合外力为零，则物体运动速度的大小与方向恒定。惯性定义为，牛顿第一定律中的物体具有保持原来运动状态的性质。满足牛顿第一定律的参考系，称为惯性参考系。稍后会有关于惯性参考系的更详细论述。

惯性原理是经典力学的基础原理。很多学者认为惯性原理就是牛顿第一定律。遵守这原理，物体会持续地以现有速度移动，除非有外力迫使其改变速度。

牛顿特别定义绝对空间为不依赖于外界任何事物而独自存在的参考系，在绝对时空中，不受力的物体具有保持原来运动状态的性质，这性质称为“惯性”。牛顿认为惯性是物体的内部性质。

恩斯特·马赫认为，绝对空间的概念太过玄秘，绝对空间不是可以实际观察测得。假若将所有遥远星体的运动平均，得到的参考系应该是静止的，可以替代绝对空间。因此，物体的惯性与遥远的星体有关，物体的惯性起源于其与整个宇宙的物质之间的相互作用，也就是说，“远域的物质决定了本域的惯性”。但是，远在宇宙的那一端，相距10光年宇宙半径的星球，怎么能够影响本域的惯性？尽管马赫的批评很有道理，牛顿力学的准确度是有目共睹的事实。究竟是什么原因造成了远域的物质似乎与本域的惯性没什么牵连的表象？

爱因斯坦在研究广义相对论时，深深地被马赫的理论吸引与启发，爱因斯坦称这想法为马赫原理。爱因斯坦表明，引力是遥远物质影响本域惯性的机制，而这耦合发生于弯曲时空，可以用几何动力学的初值方程计算求得。根据爱因斯坦的理论，只要知道宇宙的整个质量-能量分布与流动，就可以计算出，在任意位置与时间，物体的惯性。这具体地给出了马赫定理的操作机制。

假设一个旋转圆球壳的质量等于地球质量、半径等于地球半径、旋转角速度等于地球自转角速度，在圆心位置有一个傅科摆，则这旋转圆球壳对于傅科摆产生的参考系拖拽现象，与整个宇宙对于傅科摆产生的现象，两者之间的比率大约为5×10。因此，可以得出结论：地球对于傅科摆的影响相当微小。假若地球质量加大0.2×10倍，则旋转圆球壳对于傅科摆产生的参考系拖拽现象相当于宇宙对于傅科摆产生的现象。

物理知识小链接

在地球表面，惯性时常会被摩擦力、空气阻力等效应掩蔽，从而促使物体的移动速度变得越来越慢（通常最后会变成静止状态）。这现象误导了许多古代学者，例如，亚里斯多德认为，在宇宙里，所有物体都有其“自然位置”——处于完美状态的位置，物体会固定不动于其自然位置，只有当外力施加时，物体才会移动。