牛顿第一定律英文怎么说

接下来我将演示世界运行的框架。

假如你现在漂浮在宇宙深处，四周什么都没有，你把手里的石头使劲扔出去，按照牛顿第一定律，他应该永远匀速飞下去，对吗？ 但实际上，那块石头会慢慢减速，最终完全停下来。这块石头的能量去哪了？答案是，哪里都没去，他就这样消失了。这不是什么神秘玄学，而是宇宙级别的真相。而发现这个真相的人不是爱因斯坦，不是希尔伯特， 而是一个当时连正式工资都没有，甚至连学校讲台都被禁止登上的女性数学家埃米诺特。她用一张白纸改写了整个物理学的底层逻辑，先从一个让所有人都头疼了几百年的问题说起。 能量到底去哪了？能量不是守恒的吗？我们从中学就开始背这条定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，这不是物理学的基石吗？你背了那么多年的东西，到底哪里出了问题？ 这个问题曾经让爱因斯坦本人都头疼不已，他想出了一个他以为正确的答案，但被一个名不见经传的数学家证明那个答案是错的。 然后，这个数学家给出了一个更深刻、更令人震撼的真相，一个到今天仍然是物理学最底层逻辑的真相。 这个人叫埃米诺特，他是一个女人，在那个年代，大学甚至不愿意正式录取他。但最终他发现的东西让爱因斯坦称他为女性接受高等教育以来诞生的最具创造力的数学天才。 要搞懂诺特的发现，我们得先搞懂一个词，对称。你可能觉得对称很简单，不就是左右镜像一样吗？但数学家对这个词的理解要深的多，也奇怪的多。 拿一个等边三角形来说，你把它放在桌上，对着镜子照，镜子里的三角形和原来一模一样，这是一种对称。你把它顺时针转一百二十度， 还是看起来一模一样，再转一百二十度，还是一样，这也是对称。对称在数学家眼里，就是你对一个东西做了某件事，但这个东西看起来完全没变，做了什么都好像没做 好。这好理解。但诺特之所以厉害，是因为他研究的不是三角形的对称，而是宇宙的对称。之前我想先稍微说一下，诺特这个人是怎么走上这条路的， 因为他的人生本身就是一个关于执着和热爱的故事，而且这个故事放在那个时代背景下，有一种特别令人唏嘘的力量。 诺特的父亲是德国埃尔朗根大学的数学教授，从小看着父亲做数学，他也爱上了这门学科。 但问题是，在十九世纪末的德国，女性几乎被系统性的排除在学术大门之外。尔朗根大学的学术评议会正式声明，录取女性将会颠覆一切学术秩序。这句话今天听起来荒唐，但当时是真实的政策。诺 特没有办法，只能以旁听生的身份坐进教室。他不能参加考试，不能拿学位，只能坐在那里听， 但他还是坐进去了，坐了很多年。一九零三年，他去歌厅跟大学旁听了一个学期，在那里接触到了一种全新的用对称性来处理几何的数学方法。这颗种子就此种下，后来长成了改变物理学的参天大树。 宇宙有没有对称性？当然有，而且多到出乎你的意料。想象一个完全空旷的宇宙，没有星球，没有星系，什么都没有，只有你和一个球， 你把球扔出去，他以某个速度飞行。现在因为宇宙里什么都没有，这里和那里完全一样，没有哪个位置是特别的。如果你把整个宇宙，包括你和球平移一下，就像把一张纸往旁边推了推， 一切看起来和之前完全相同。这个宇宙在空间上是对称的，往左移和往右移，物理规律没有任何变化，这种对称叫做空间平移对称性。然后诺特问了一个问题，这种对称性意味着什么？他的回答震惊了整个物理学界， 他说这意味着动量守恒。空间平移对称性直接对应着动量守恒定律，不是巧合，是数学上严格的等价关系。 听起来是不是有点绕？换个方式理解，为什么动量会守恒？因为你不管在哪里做实验，物理规律都一样。北京座和上海座结论完全相同。 正是因为不同位置没有区别这件事，动量才必须守恒。如果有一天，宇宙的某个地方开始变得特殊，物理规律在那里不一样了， 动量守恒就会在那里失效。你可以想象一个极端的例子，假设宇宙里有一个特殊的点，物理规律在那个点附近不一样。比如那里的引力稍微大一点点， 那么一个从那个点附近经过的粒子进去的时候，动量是 x， 出来的时候，动量就会变成 y。 x 和 y 不 一样，动量不守恒了。正是因为空间各处都一样，不存在这种特殊的点动量才必须从进去到出来保持不变。 诺特还发现，宇宙在旋转方向上也是对称的，你把整个宇宙转个角度，物理规律不变，这对应着角动量守恒。溜冰运动员收起手臂会转的更快，就是这个定律在起作用。 花样滑冰运动员把两条手臂收紧到身体两侧，旋转速度瞬间加快。这不是什么神奇的魔法，是角动量守恒的必然结果。而角动量守恒之所以成立，是因为宇宙在旋转方向上没有偏好，朝哪个方向都一样。 然后他问，时间上呢？宇宙在时间上有没有对称性？如果今天做一个实验，明天做同样的实验，结果一样吗？ 大多数情况下当然一样，物理规律不会。今天是这样，明天变成那样，时间也是对称的，不同时刻没有区别。那么，时间对称性对应什么？守恒量？诺特说，能量守恒？ 能量守恒定律不是一条独立发现的规律，它其实是物理规律，不随时间改变这件事的数学必然结果。或者反过来说，正因为今天和明天的物理规律一样，能量才守恒。这个结论深刻到什么程度？深刻到你必须停下来想一想。 我们从来没有在教科书里被告知能量守恒定律和今天做实验和明天做实验结果一样。这两件事其实是同一件事的两种说法。 我们以为他们是两个独立的物理事实，但诺特证明他们是数学上完全等价的，知道了其中一个，另一个就自动成立。这就是诺特第一定律的核心。每一种连续对称性对应一种守恒定律， 三条守恒定律，三种对称性一一对应，像钥匙和锁一样严丝合缝。这个洞见如此深刻，以至于当时的物理学家说，诺特之后，我们看物理的方式彻底变了。 我们不再追问这条规律从哪里来，而是开始问这背后藏着什么对称性。而且这个定律是用严格的数学推导出来的，不是类比，不是直觉，是一行一行的证明。 他用的工具叫做最小作用量原理。这是物理学里一个很深刻的框架，大意是说， 自然界里任何过程走的都是代价最小的那条路，光走最短时间的路径，粒子走作用量最小的轨迹。诺特在这个框架里严格推导出了对称性非守衡量这个普遍关系。但等等，说到这里，我们还没有回答最开始那个问题， 能量守恒不是对的吗？那块石头的能量怎么消失了？这里就要聊到这个故事最反直觉的部分了。 诺特定里告诉我们，能量守恒依赖于时间对称性，如果时间对称性破缺了，能量就不守恒了。 那么我们的宇宙时间是对称的吗？在日常生活的尺度上，是的，今天做实验和明天做实验，结果一样。 所以在我们熟悉的尺度上，能量守恒非常精确的成立。但我们的宇宙正在膨胀，而且膨胀的速度还在加快。这两件事是怎么发现的？ 一九二零年代，天文学家测量了遥远星系的速度，发现所有星系都在远离我们，而且越远的星系跑得越快。这个规律有个名字叫哈伯定律，它的含义很清楚，在遥远的过去，一切都比现在离得近的多。 往前推就推到了一百三十八亿年前的大爆炸那一刻。然后到了一九九零年代，科学家精确测量了遥远超新星的亮度，发现宇宙不只是在膨胀，膨胀还在加速。 这意味着有某种神秘的能量在推动宇宙越涨越快。我们叫它暗能量，至今不知道它的本质是什么。宇宙膨胀意味着什么？意味着宇宙在一百三十八亿年前和现在完全不同，一百三十八亿年后又会和现在完全不同。 宇宙在时间上不是对称的。那么根据诺特定理，在宇宙学尺度上，能量就不守恒。这不是打比方，不是某种哲学意义上的失去，是真实的物理意义上的消失。最直观的例子是光。 宇宙诞生之后大约三十八万年，有一批光子被释放出来，开始在宇宙中旅行。那个时候这批光子是可见光，波长，大约七百纳米，能量很高。 然后他们旅行了一百三十亿年，终于被我们的望远镜捕捉到，但这时候他们已经变成了微波， 波长被拉长到了将近两毫米，能量只剩下原来的千分之一。这百分之九十九点九的能量去哪了？没去哪 就是没了。这不是光子碰到了什么东西，把能量转移出去了，是宇宙在膨胀，空间被拉伸了，光波随着空间一起被拉长，能量就这么稀释掉了。宇宙没有给这份能量找一个去处，他只是不再守恒了。 你可以想象一张画在橡皮筋上的波浪线，橡皮筋被拉开，波浪的间距就变大了，波长变长了，能量变小了，光子就是那个波浪，宇宙就是那根橡皮筋。 那么我们开头说的那块石头呢？在一个膨胀的宇宙里，如果你把一块石头扔出去，让他在空旷的宇宙中飞行，足够长的时间，不是几秒， 而是几十亿年，它会慢下来，最终停止。相对于宇宙中其他物质静止下来，它的动能没有转移给任何东西，就是消失了。因为空间的膨胀打破了空间平移，对称性动量也不再守恒。 所以，你背了这么多年的能量守恒定律，到底错在哪里？它没有错，只是不完整。更准确的表述是，在时间对称性成立的情况下，能量守恒。 在我们日常的尺度上，时间对称性近似成立，所以能量守恒近似成立，精确到我们永远不会在实验室里注意到任何偏差。 但在宇宙学的尺度上，时间对称性迫缺，能量就不再守恒了。这里有一个问题可能会困扰你，如果能量可以不守恒，那暗能量算什么？宇宙加速膨胀，能量来自哪里？ 这是一个非常好的问题，也是物理学至今没有彻底回答的问题之一。暗能量不违反诺特定理，因为暗能量正是时空弯曲、时间不对称在宏观尺度上的体现。 它不是凭空出现的能量，而是弯曲时空里能量概念本身就需要被重新定义的一种表现。 简单说，在弯曲时空里，总能量这个概念本身就变得模糊了，不像在平直时空里那么清晰。好，现在我们弄清楚了诺特第一定律，以及他解释的那个让人有点不安的真相，但诺特的故事还没讲完， 因为他的第二定律同样改变了物理学的面貌，而且他解决的问题连爱因斯坦自己都没有解决。对，时间拨回到一九一五年，那一年，爱因斯坦正在戈廷根大学连续做六场讲座，主题是他正在构建的广义相对论，他对引力的全新理解。 在此之前，牛顿统治了物理两百多年。牛顿的引力理论简洁而强大，两个物体之间有引力， 引力的大小和它们质量的乘积成正比，和距离的平方成反比。这个理论预言了行星的轨道，解释了潮汐，帮助人类发现了海王星。 但牛顿自己从来没有解释过引力是怎么传递的，两个相距遥远的物体怎么知道对方的存在，是什么在他们之间传递信息？ 牛顿没有答案，他只是给出了数学描述。爱因斯坦的广义相对论给出了答案，引力不是力，是时空的弯曲，质量会弯曲。他周围的时空就像一颗保龄球，放在橡皮膜上，会让橡皮膜凹陷下去， 然后另一个物体沿着这个弯曲的时空运动，走的是弯曲路径。我们看起来就好像他被吸引了一样。 这六场讲座轰动了学界，但爱因斯坦自己知道理论还有一个漏洞，他无法证明在广义相对论的框架里，能量是守恒的。这个问题有多棘手， 棘手到连爱因斯坦提出的解决方案，最后也被证明是错误的。爱因斯坦的思路是把物质的能量加上引力场的能量，两者之合保持不变。 这听起来很合理，就好比你把动能和势能加起来，总机械能不变。爱因斯坦想做同样的事，把物质能量和引力场能量打包在一起，说总和守恒。 但诺特看了他的方程之后说不对。问题出在哪里？出在广义相对论最核心的原则上。先讲一下广义相对论是怎么来的，这很重要。 一九零五年，爱因斯坦发表了狭义相对论。他建立在一个简单的原则上，物理规律的形式不依赖于你用哪个匀速运动的参考系来描述你坐在一列匀速行驶的火车上，还是站在站台上描述同一个物理现象。 方程长得一样，但爱因斯坦觉得这还不够。火车加速的时候怎么办？火车转弯的时候怎么办？ 人们在现实中不只是匀速运动。他想把这个原则推广到所有的运动状态，包括加速和旋转，这就是广义的由来。 然后有一天，他坐在博尔尼专利局的椅子上发呆，脑子里出现了一个让他自称一生中最快乐的念头的想象。一个窗户清洁工从楼顶掉下来，这个人在下落的过程中感觉不到自身的重量， 他是失重的。他手里如果拿着什么东西，那东西对他来说是静止的，不会下落。 这和漂浮在外太空的感觉完全一样。爱因斯坦意识到，自由下落中的人和漂浮在外太空的人感受是完全等价的。 推广开来，一个坐在以九点八米每秒平方加速的火箭里的人和站在地球表面上的人，感受也是完全等价的。 这就是等效原理。等效原理意味着引力和加速度从局部来看没有区别，你蒙上眼睛，无法分辨自己是在地球上，还是在一个加速的太空舱里。 这个洞见引导爱因斯坦意识到，如果他能理解加速的参考系，他就能理解引力。于是他花了十年，把这个想法变成了一套完整的数学理论，这就是广义相对论。 广义相对论建立在一个叫广义邪变性的思想上，简单说，就是物理规律的形式不依赖于你用哪套坐标系来描述它。 不管你站在地球上，坐在火箭里，还是绕着黑洞转，描述自然的方程应该长得一样。 要做到这一点，爱因斯坦必须用一种叫做张量的数学对象来写方程。张量有一个特别的性质，你换坐标系，张量的值不变。就好比一个向量， 你用中文坐标系描述是向东三步，向北两步，换成英文坐标系描述是 east three， north two， 但那个方向本身没变，变的只是描述他的语言。张量就是这样，不管你用什么语言，坐标系描述他，他的真实内容不变。但爱因斯坦方程里的引力能量用的是一种叫伪张量的东西。 伪张量，顾名思义，不是真正的张量。当你换一套坐标系，他的值就变了。在一个参考系里，你测到的引力能量是某个数， 换个参考系就变成另一个数，甚至可以变成零。这意味着什么？意味着爱因斯坦的能量守恒是坐标系依赖的，换一个观察者的视角，守不守恒就变了。 这显然不是一个真正的物理定律。真正的物理定律不能因为你选了不同的坐标系，就变成另一个样子。你不能说在甲看来能量守恒，在乙看来能量不守恒，然后说这是物理定律，那只是描述语言的问题，不是物理本身。 诺特看穿了这个问题，他意识到广义相对论处理的对称性和之前讨论的对称性有一个根本的不同。之前说的对称是局的， 你把整个宇宙平移，或者把整个宇宙转一圈，规律不变，这叫局对称。就好比一幅画，你把整幅画往左挪了一寸，画里的内容没变，这个操作是局的， 整幅画统一移动。但广义相对论的斜变性是局域的，在宇宙的每一个小区域，你都可以随意换参考系，不同地方的参考系变换可以完全不一样， 这叫局域对称，还是那幅画局域对称，就好比你可以对画的每一个小区域做不同的变形，这边放大一点，那边旋转一点，只要每个小区域内部自洽，就算合法。 诺特发现，这两种对称的数学性质完全不同，导出的结论也完全不同。 大局对称给你一个守恒定律，一个在全宇宙范围内严格成立的守恒量。局域对称给你的不是守恒定律，而是一个叫连续性方程的东西。连续性方程是什么？拿一根水管来理解， 水在管子里流动，某一段，管子里的水量变化等于流进来的水减去流出去的水，水不会凭空产生，也不会凭空消失。 如果这一段管子里水变多了，一定是有水从外面流进来了，如果水变少了，一定是有水流出去了。这就是一个连续性方程，它描述的是局部的守恒，而不是整体的守恒。在广义相对论里，诺特找到了一个类似的连续性方程。 在任何一个足够小的时空区域内，能量是守恒的。就好比我们把时空切成无数个小块， 每个小块内部能量进出平衡，局部守恒。但当你把这些小区域拼接在一起，时空的弯曲就会在不同区域之间造成缝隙，能量可以通过这些缝隙漏掉。就好比你把很多块橡皮泥拼接成一个球， 每一块橡皮泥内部没有缝，但拼接处可能有细能量，就从那些细里漏了。这个答案比爱因斯坦的答案更深刻，也更诚实。 广义相对论的局域对称性只允许局部的能量守恒，无法保证全区的能量守恒。这不是理论的缺陷，是理论的必然结论。 弯曲时空里，你只能做到局部的守恒，全区的守恒不存在你去硬造一个局域守恒出来，就像爱因斯坦那样用伪张量凑出来，结果就是造出一个坐标系依赖的物理上没有意义的东西。 更让人吃惊的是，诺特发现这个局部连续性方程其实就等价于一个此前被人放弃的数学工具，比安基恒等式。数学家大卫希尔伯特之前找到了比安基恒等式，但因为他只在空旷宇宙里能推出严格的守恒，就觉得没用扔在一边了。 诺特证明，他其实是广义相对论理。能量守恒的正确表达是你在弯曲时空里能做到的。最好的答案 不是局限，是本质。一篇论文解决了希尔伯特解决不了的问题，纠正了爱因斯坦犯的错误，还揭示了所有守恒定律的起源。诺特的同行后来说，他的这两个定律很可能是二十世纪物理学最重要的数学定律。不夸张， 因为这之后，物理学家开始用一种全新的语言思考问题。以前我们问为什么这条规律成立 诺特之后，我们问这里有什么对称性。这种思维方式的转变，直接推动了粒子物理学的革命。但在讲粒子物理之前，我想先说一件让我觉得有点沉重的事， 就是这篇划时代的论文。一九一八年发表的时候，诺特在歌厅跟大学没有任何正式职位，没有工资，甚至没有独立开课的权利。希尔伯特把他带来是要借用他的智识，但大学体制不承认他的存在， 他的讲座要挂在希尔伯特的名下才能开。学生们去听一门希尔伯特的课。走进教室，坐在讲台上的是诺特。希尔伯特为此公开抗议。他在教职会议上说的那句话流传至今，大意是， 我不明白候选人的性别为何与此相关。我们这是大学评议会，不是澡堂更衣室。但他的抗议没有成功。 诺特继续无偿工作了好几年，以别人的名义存在于这个学术体制里。一九二三年，他终于拿到了一份小心水，有了一个勉强算正式的教职。那时候他四十一岁，已经在这条路上走了将近二十年。 十年后，一九三三年一月三十日，希特勒成为德国总理。纳粹上台之后，几乎立刻开始清洗大学里的犹太人。诺特的一个学生向当局举报了他的犹太身份，他随即被停职，但他没有停下来。 被停职之后，他开始在自己家的厨房里继续给学生上课。学生们私下聚集，像地下课堂一样。每次来几个人，诺特坐在厨房里继续讲数学。有一天，一个学生敲响了他的门， 来的时候穿着纳粹冲锋队的棕色制服。诺特把他让进来，然后继续上课，教他数学，没有说任何额外的话。后来有人说，这件事最能说明诺特这个人，他真的纯粹的热爱数学， 热爱到没有什么东西能阻止他传授数学。不管站在他面前的是什么人，不管那个人代表着什么立场。最终，在其他学者的帮助下，他获得了美国宾夕法尼亚州布林茅尔学院的教职，那是一所女子学院，给了他一个家，他在那里教了两年书。 一九三五年，他因为一次手术的并发症突然去世，年仅五十三岁。爱因斯坦在纽约时报为他写的道词中说，诺特是自女性开始接受高等教育以来，所产生的最有创造力的数学天才。 他的两个定律没有以他的名字命名。任何一条物理定律没有出现在任何中学物理课本里，没有成为任何大众科学书籍的主角。 大多数人从来没有听说过他的名字，但他的思想已经渗透进了物理学的每一个角落，就像地基渗进了混凝土，你看不见他，但没有他，上面的一切都会垮塌。好说完了诺特这个人，我们来说说他的发现在后来改变了什么。 这个影响之大可能超出你的想象。诺特定理之后，物理学家开始用对称性这把钥匙去解锁宇宙的每一个秘密。 电子有一个神奇的性质，叫做相位。这是量子物理里的概念，有点抽象，但可以这样理解，把每个电子想象成携带了一根小纸针， 这根儿时针可以指向任意方向。物理上，这个方向是一个负数的象角，但你可以先把它理解为一根儿时针就行。如果你同时把所有电子的时针转动同一个角度，任何实验结果都不会改变。你测不出来这根时针有没有被统一转过。 这是一种局对称，叫做规范对称或者相位对称。根据诺特定理，这种局对称性对应一个守恒量，电赫守恒， 你做任何实验，总电赫量不变。为什么电赫守恒？因为有这种相位对称性，这两件事是同一件事的两种说法。然后物理学家做了一个关键的推广， 如果我们要求这种对称是局域的呢？也就是说，不是所有电子的指征统一转，而是每个地方的电子指征可以独立转转不同的角度，而实验结果仍然不变。 这个要求听起来更苛刻，但物理学家发现，要满足这个要求，宇宙里必须存在一种特殊的粒子来补偿 不同地方，指真方向不同带来的效应。这个粒子就是光子电磁场就是这种局域对称性的补偿机制。 换句话说，光子的存在是电磁力局域规范对称性的必然结果。你听明白这意味着什么吗？我们不需要从实验数据里猜测光子的存在， 可以从对称性的逻辑里推导出它对称性要求这种例子必须存在同样的逻辑，用在更复杂的对称群上。数学里有一种叫 su 二的对称群和 su 三的对称群， 跨克出现了，交子出现了，弱力的 w 波色子和 z 波色子出现了， 最后连希格斯波塞子也从对称性的逻辑里出现了。标准模型迄今为止，人类最精确的物理理论描述了宇宙中所有已知的基本粒子和三种基本力，它的整个骨架就是由不同的对称群撑起来的。 su 三描述强力， su 二乘 u 一 描述弱力和电磁力。这些不是事后凑出来的，是对称性的逻辑事先要求的。希格斯波瑟子是二零一二年才在欧洲大型强子对撞机的实验中被发现的， 但物理学家在一九六四年就已经根据对称性预言了它的存在，整整等了将近五十年才等到实验的确认。 这五十年里，物理学家相信他一定存在，因为对称性要求他在那里。这是什么概念？就好比你研究一个复杂晶体的对称性，推导出某个位置上必须有一个原子，然后你去用显微镜看，那个原子就真的在那里。 方程比实验先看到了那个角落。标准模型有多精确。电子的此举理论预言值和实验测量值的吻合程度精确到小数点后十几位，这相当于你预测北京到上海的距离误差不超过一根头发丝的直径。 这是人类历史上被检验最精确的科学理论之一。他的基础是对称性，而这一切都可以追溯到一百多年前，一个坐在戈亭根大学旁听席上的年轻女人， 那时候连正视学生的身份都不被承认，但他在脑子里把玩着对称性这个概念，最终写出了改变物理学面貌的两个定律。 好，我们现在来聊一件你可能没有注意到的事。对称性不只是物理学的工具，他还是物理学家。寻找新物理的指南针。你可能听说过暗物质，宇宙里有大约百分之二十七的物质，我们看不见摸不着，只能通过引力效应知道他在那里。 暗物质是什么，物理学家不知道，但他们知道该去哪里找，去找那些在现有对称性框架里没有被满足的空位。就好比元素周期表，你根据对称性发现某个位置应该有一个元素，然后你去找，最终找到了 暗物质。可能就是某种对称性要求存在，但我们还没发现的例子。有一个叫做超对称的理论 预言，每种已知粒子都有一个超对称伙伴，这个预言来自一种更高阶的对称性。如果超对称存在，他的最轻的超对称粒子可能就是暗物质。 大型强子对撞机目前还没有找到超对称粒子，但这并没有让物理学家放弃，他们还在等待更高能量的实验。对称性不只是描述我们已知的宇宙，还在引导我们去发现还不知道的宇宙。 还有一件事值得一提，粒子物理里有一个谜题叫做 cp 破坏，说的是物质和反物质在某些反应里的行为不完全对称。 按道理，宇宙大爆炸应该产生等量的物质和反物质，然后它们互相湮灭，什么都不剩。但我们的宇宙里有物质，有星系，有行星，有我们，这说明物质和反物质之间存在微小的不对称， 物质稍微多了那么一点点，湮灭之后，剩下来成了我们今天看到的一切。这个不对称就是 cp 破坏。 他告诉物理学家，在那里有一种深藏的对称性出了问题，背后一定有什么我们还不理解的机制。他们顺着这个线索在找，因为守恒定律的破坏就意味着某种对称性的破缺， 对称性的破缺就是新物理的所在。对称性就是物理学的地图，有对称的地方有守恒定律在守护，对称破缺的地方有新物理在等待被发现。 但最让我觉得细思极恐的不是这些宏大的宇宙故事，是回到最开始那块扔出去的石头，我们说石头的能量消失了，因为宇宙在膨胀，时间对称性破缺了。但这句话反过来理解，同样成立。 正是因为宇宙在这一百三十八亿年里一直对称的运行，在我们能感知到的时间尺度上，时间对称性精确成立。所以地球上每一个实验室里的能量才守恒，每一台发动机才能按照预期工作， 每一颗原子才能稳定存在，每一个化学反应才能可靠的重复。你认为理所当然的物理规律的稳定性背后，是宇宙的对称性在支撑。 进一步想，生命的存在依赖于物理规律的稳定，如果物理规律今天是这样，明天是那样，细胞里的化学反应就无法可靠的运作， dna 无法稳定的复制，蛋白质无法按照既定的形状折叠， 生命的一切精密机制都会垮掉。生命之所以可能是因为物理规律足够稳定， 稳定到分子可以按照固定的规律相互作用，形成复杂的结构，维持精妙的平衡。而物理规律的稳定是对称性的礼物。宇宙为什么是对称的？这是一个没有答案的问题，至少目前没有，我们只能说他就是这样。 而我们有幸生活在一个足够对称，物理规律足够稳定的宇宙里，稳定到足以让恒星燃烧几十亿年，让行星绕轨道运行，让生命在其中慢慢进化，最终产生出一种能够问出为什么的生物。 然后这种生物有一天走进了一个装满粉笔满是公式的教室，或者在一座大学的旁听席上坐下来，开始学数学。 有时候是一个父亲把热爱传递给了女儿。有时候是一个被体制拒之门外的人，在门缝里找到了自己的路。有时候是一个被强制离开自己祖国的人，在异乡的厨房里继续教书， 因为这是他知道的唯一一件真正重要的事。然后这种生物有一天扔出一块石头，看着他落地，觉得再正常不过。但现在你知道了， 那块石头背后有一个穿越百年的故事，有一个被时代亏欠的女人，有一个关于宇宙最深层逻辑的真相，守恒定律不是铁律，是恩赐，是宇宙的对称性慷慨的赠予我们的礼物。 而我们之所以知道这件事，是因为一个女人在被拒之门外之后没有离开，而是在门缝里坐下来，用他最厉害的那把工具数学问了宇宙一个问题，然后宇宙回答了他，这份礼物是诺特教我们如何去接的。

牛顿第一定律顺口溜之一一、实验支付加利率，不畏权威脾气倔。二、理想斜面做探究，逻辑推理真教绝。 三、前人栽树后乘凉，牛顿总结细思量四、物体不受一切力，方向不变运动场评论点，爱心才不迷路，像这样的学习大招，帮你轻松攻克物理难关！

欢迎收听，今天咱们来聊点经典的，直接回到源头，看看牛顿本人在他的旷世巨作自然哲学的数学原理里，到底是怎么表述他那个革命性的第一运动定律的。 好，我们先从一个特别常见的现象开始啊，一个球在地上滚，滚着滚着，他最后肯定会停下来，这好像就是天经地义的，对吧？大家都觉得很正常，但牛顿所以是牛顿，他的天才之处就在于，他问的问题跟别人完全不一样， 他没有问这球为什么会停下来，你看，问题的角度完全变了，他问的是为什么一个东西的运动状态会发生改变。 就这么一个简单的问题，一个视角的转换，结果呢？它直接颠覆了整个物理学的框架。在牛顿之前呐，几百年来，大家普遍的看法是，一个东西要动，你就得一直推着它， 它的自然状态，或者说它最舒服的状态就是静止。所以呢，一旦你不管它，它自己就想要停下来。 这听起来好像挺符合我们日常直觉的，对吧？但牛顿提出了一个在当时看来非常激进的想法，他说不对，物体的自然状态是保持他正在做的事情， 简单说就是维持现状。这个想法听起来可能不复杂，但他真的是理解后来一切的关键。 好了，铺垫了这么多，我们现在就来看看牛顿第一定律，也就是我们现在说的惯性定律，它的原文是怎么写的。这是直接从原理这本书里来的。 任何物体都将保持其静止或匀速直线熨斗的状态，除非有外力迫使它改变这一状态。你看，这不仅仅是一条物理定律，它更像是一个宣言，它告诉我们宇宙的底层逻辑变了，它的基本原则就是维持现状， 也就是我们后来所说的惯性。不过，要想真正理解这条定律的精髓啊，我们得先搞懂牛顿当时用的一些词。咱们先从一个核心概念说起，它管这个叫 this ensita， 这个拉丁词 this ensita 翻译过来就是内在力。 牛顿是这么定义的，这是一种抵抗的力，每个物体呢，都会凭着这个力尽可能地保持它当前的状态，不管这个状态是静止还是在做匀速直线运动。 所以你看，牛顿还给他起了个别名叫 vis inertia， 也就是不活动之力。我们现在就管它叫惯性。 说白了，这就像是物体本身的一种固执。而且特别有意思的一点就是，牛顿把这种内在的固执分成了两种表现形式。 你看，如果一个东西是静止的，那它的内在力就表现为一种抵抗，你想要推它，它就抵抗你。那如果一个东西正在运动呢？它的内在力就表现为一种冲击，你想要拦住它或者让它拐弯，它就会抵抗这种改变。 但说到底，无论是抵抗还是冲击，根源都是同一种东西，就是那个保持现状的内在力。 好，问题来了，既然物体的天性是保持现状，那到底是什么东西能让它发生改变呢？嗯，对于这个改变的推动者，纽顿也给他起了个专门的名字， 这个词叫外加力 impressed force， 定义是这样的，这是一种施加在物体上的作用，目的就是为了改变它原来的状态，不管是静止还是匀速，直线运动。 简单说，外加力就是从外部来的一个推或者拉，而且注意了，这是导致状态发生改变的唯一原因。 牛顿还举了一些例子，比如说你用锤子去敲一个东西，这就是撞击力，或者一本书压在桌子上，这是压力。还有像地球吸引月球的这种向心力，也就是引力，这些全都是外加力。 所以关键点就来了，不管是什么形式，只要没有这些外来的施加的理，那么宇宙里的一切东西都会永远保持它原来的样子。这一下咱们最开始提的那个问题就有了完美的答案。 那个滚动的球，他之所以最后停下来，根本不是因为他自己想停下来，而是因为他一路受到了各种外加力的作用，比如地面给他的摩擦力，还有空气的阻力，是这些外力强行让他停下来的。 这条定律真正的厉害之处就在于它的普遍适用性。牛洞告诉我们这一个原理，小到我们玩的陀螺，大到整个太阳系的运行，全都能解释。 比如一个旋转的陀螺，牛顿说它要不是因为空气一直在阻碍它，它就能永远转下去。还有我们扔出去的一个东西，比如一个炮弹，如果不是因为有空气阻力在拖慢它，还有地球的引力再把它往下拉，那它就会一直沿着直线飞出去，永远不回头。 甚至你看行星和彗星，它们能在太空里运行那么那么久，就是因为太空里几乎是真空的，阻力非常小，所以它们的运动状态就能保持很长时间。 牛顿在书里是这么写的，行星和彗星这些比较大的天体，它们在更广阔自由的空间里遇到的阻力要小得多。所以呀，它们无论是前进运动还是圆周运动，都能保持得更长久。 这句话简直是点睛之笔，他解释了天上的星星为什么不会随随便便就停下来，而是能几亿年几十亿年的沿着各自的轨道稳定运行。 所以你看，这就带来了一个核心的启示，一个里程碑式的思想转变。就是说，咱们这个宇宙的运行，其实根本不需要一个什么第一推动者或者神力在背后一直推着它，维持着它。 宇宙需要的就是一个外来的施加的力来改变已经存在的运动。所以最关键的一点就是静止，它不再是什么特别的默认的状态了，静止和匀速直线运动，这两个状态是完全平等的，它们都同样自然。 那么这也就给我们留下了一个特别宏大甚至有点哲学意味的问题。如果说一个运动的物体，只要没有外力干涉，它就会永远运动下去，那我们就不禁要问， 宇宙万物，这最最开始的第一下运动到底是从哪来的呢？这个问题牛顿的定律没有回答，但他却让我们开始这样去思考。

大家好，我是你们的贝塔老师，今天我们来学习第八章第一节牛顿第一定律。 在课程开始之前呢，我们一起来看一个生活案例，我们在玩滑板车的时候啊，滑板车运动一段时间之后呢，就会停下来， 如果想要再次运动下去呢，我们就必须要怎么样蹬地。那么通过这个情景，你认为运动需不需要力来维持， 那么这里就引发了一两种观点。第一种观点呢，是认为啊，需要，因为玩滑板车的时候呢，人如果不蹬地啊，那么他就会停下来，那如果我要让滑板车一直运动下去，我就得不停的去用力蹬地， 这是第一种观点啊，他所以他需要力来维持。第二种观点呢，他是认为他是不需要啊，他说不需要力来维持，为什么呢？因为我滑板车在运动的时候，那我们双脚站在滑板车上， 我没有蹬地，但是车继续往前运动，那说明这个滑板车向前运动是不需要靠力来维持的，那车停下来是由于受到了阻力的作用而已 啊。其实呢，不光我们有这样的疑惑，早在两千多年前呢，哎，著名的科学家亚里士多德，他就观察了这种现象， 而他从生活中大量的经验总结出了一个规律，就是认为运动是需要力来维持的，比如你干其他的都是这样的，如果你不需要不用力的话，那么他就可能会停下来。 而这个观点呢？呃，一千四百多年都没有人质疑。直到后面一个年轻的科学家叫做加利略，这样一个科学家，他提出了一个不同的观点，就是认为他说运动是不需要力耐维持的， 那究竟谁对谁错呢？哦，那么这个时候两种不同的观点产生，就需要用实践去证明，也就是用到我们的物理的实验。而伽利略 反驳亚里士多德的观点，也是由于他干了一件事，做了一个实验啊，做了一个小车下滑实验。 好，他做这个实验啊，怎么做的呢？他用一个小车啊，我们改进之后啊，当然我们这里是啊，改进了他的实验之后啊，做的这样一个实验，他用一个小车啊为对象， 然后呢，让小车从斜面啊同一个位置静止滑下去，那么这个小车就会是不是往前滑动啊，哎，滚动啊， 好，他改变水平面的粗糙程度，比如说用木板做的水平面，还有毛巾做的水平面，还有棉布做的水平面，让小车在这个上面运动 啊，然后观察他在水平面上滑行的距离。于是他总结出了，哎，得到了一个关于这个规律，就是力不是维持物体运动状态的原因。好，那我们一起来看一下这个实验啊， 今天为大家示范的实验室阻力对物体运动的影 响阻力运动也称为抗阻力运动，能有效的锻炼人体的肌肉。哑铃器械是对抗器材阻力的运动 引体。向上仰卧起坐，俯卧撑是对抗自身阻力的运动。那么阻力运动是利用了阻力对物体运动的什么影响呢？ 本次实验我们将通过以下两个环节进行，一、分别观察并感受木板和毛巾的阻力大小。 二、分别让小车在木板和毛巾的表面滑行，比较滑行距离。在实验中我们需要用到以下实验器材，在鞋面的木板、毛巾。小车 观察木板和毛巾的表面，可以看到木板的表面十分光滑，而毛巾的表面有凸起的毛圈， 用手划过可以感受到木板的表面十分光滑，而毛巾的表面相对粗糙。 由实验可知，物体在毛巾上运动受到的阻力比在木板上运动受到的阻力大。 我们让小车从鞋面的某一高度滑下， 小车在水平木板上继续滑行， 我们测得小车的滑行距离为四十二厘米。我们在水平木板上铺上毛巾，让小车从鞋面的同一高度滑下， 小车在毛巾上继续滑行，我们测得小车的滑行距离为十四点五厘米。 我们发现小车在木板上的滑行距离比在毛巾上的滑行距离远，这说明阻力越大，对物体运动的阻碍作用越明显。 由实验可知，阻力是阻碍物体运动的力，会减慢物体运动的速度，如果没有阻力，小车将会以恒定不变的速度永远运动下去。 好，我们观看的呃，这个模仿的啊，家里略做的这样一个实验，小车下滑实验啊，当然呢，我们这个实验里面的少了一步啊，我们，呃，可以再铺一个棉布啊，棉布呢，他的粗糙程度是介于木板和毛毛巾之间的，这样呢，我们可能更加有说服力一些啊， 那我们最后啊，得到了这样一个实验数据的结果啊，我们一起来看一下。我们发现呢，在木板上是最光滑的啊，在毛巾呢是最粗糙的。那这个时候呢，说明小车在木板上所受的阻力是最小的，在毛巾所受的阻力是最大的， 而阻力最小的时候，他的运动距离就会短， 而我们再看一下小车速度减小的情况啊，这个这句话怎么理解？就是这个车子啊，这个小车我们从同这个斜面的同一高度静止释放的，也就是它到达水平面的速度是一样的， 这点要理解啊，他到达水平面的速度是一样的，那这个时候运动的距离比较短啊，他在毛尖上运动的距离比较短，这个时候速度减小的就很快啊，他很快就减速了，说白了就是那木板他要很慢才把速度降下来，因为他运动的距离比较长， 他速度减小的比较慢。那我们不妨做一个推理啊，我们不妨做一个推理，如果我再光滑一点呢？那这个运动的距离是不是就更长一些？速度减小的是不是就更慢？ 行，我们继续让这个板子光滑，那如果无限光滑呢？那运动的距离是不是就应该是无限长啊？而速度减小到怎么样？ 哎，无限的慢，那无限的慢，我们可以理解，为什么不减小了啊？减小的速度几乎为零，那这个时候怎么样？这个小车它运动的距离无限长，那无限长，而且速度又不减小不变，那这个时候我们称之为叫什么运动啊？ 哎，这个就是叫匀速直线运动了，所以我们从这里可以推理得出，如果我们给他的接触面是足够光滑，那也就说这个时候的阻力曲径为零，或者说为零的时候，小车运动的距离就会怎么样？无限长， 而速度不减小，那这个时候速度不减小，又运动距离无限长，当然是什么运动啊？是匀速直线运动了。 好，那从这个按钮我们发现了怎么样？这个物体的运动，它是靠物体所受力来维持的吗？那很明显不是了，是不是啊？因为它如果不受阻力的话，它就会无限运动下去， 无限做匀速直线，那这个匀速直线动力有力去维持它吗？没有啊，那所以伽利什他就证明了他自己的观点是正确的，那就否定了亚里士多德的这个观点。 好，那么在这个基础上，我们的另一位物理学家叫做迪卡尔，他对他进行了一些补充， 他说如果运动物体不受力，他不会向左偏，也不会向右偏，他会怎么样呢？按照原来的运动方向呢？永远的匀速运动下去。 那后面经过啊，一系列的实验的总结啊，发现，那么牛顿呢，他就总结出了啊， 哎，牛顿第一定律。好，那我们来看一下牛顿第一定律内容啊，牛顿第一定律内容是一切物体注意这个一切，任何物体总保持匀速直线运动或静止状态。 好，也就是他们总是保持这种的，那什么时候不保持了呢？除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态，也就是我们所说的力改变了物体的运动状态啊，那也就是说我们啊， 用我们的自己去理解，就是一个物体，他其实本质上开始是要么静止，要么做匀速直线运动的，是不？就这两种情况，那什么时候他就不做这两种情况的运动了呢？就是啊，他受到了力的作用啊，这种力让他 不能够保持匀速直线动和静止状态啊，这个时候他就会改变了，那这就是我们著名的牛顿第一定律。 好，那对于牛顿第一定律呢？我们啊做一个补充。第一个，牛顿第一定律是刚刚啊，我们看到通过伽利的实验，在大量实验还有经验的基础上，用什么方法呢？推理的方法得到的。注意， 既然是推理方法的，他就不能够用实验直接证明啊，不能用实验直接证明啊，你无法做到，比如说我们刚刚说的，你无法做到，我们这个滑行的接触面绝对光滑， 哎，你无法让它阻力为零啊，这是不可能的，我在我们现实生活中，所以呢，那么我们是不能够直接用时间去证明的。第二点， 牛顿定律，你说明了力和运动他有一定的联系的关系，力他不是维持物体的原因的，不是维持物体状态，运动状态的原因而是什么呢？而是改变运动状态的原因，也就这个力，他本上不是维持物体运动状态， 而是改变的。比如我们刚刚说的阻力啊，我们的运动，这个我们的滑板车往前运动根本就不是因为力啊，他往前运动，我们一蹬，他就会一直往前运动，那为什么他没有一直往前动？是因为阻力改变了这种运动状态 啊？这是第二个。再就是物体的不受力时，它怎么判断是静止还是处于匀速直线状态呢？那就取决于不受力之前所处的状态 啊，就是他，哎，之前是运动的，他就会一直运动下去，那之前是匀速直线运动的呢？他就会一直匀速的，就是说不受力的时候，他就会一直匀速直线运动啊，运动下去啊，这就是啊，我们说的流动利率。那其实啊， 物体它本身就具有这样的一个性质，什么样的性质呢？就是说它总是要保持静止和匀速直线状态，除非受到力的作用，那其实它是属于物体本身的一种性质 啊，物体本身的一种性质，那我们将这种性质称之为什么呢？称之为惯性。好，那什么叫做惯性？ 一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，我们叫做惯性。 哎，比如说你原来是匀速直线运动状态，那你现在也要保持匀速直线运动状态，你原来是静止状态，你也要保持这种静止状态，那么像这种性质，我们称之为惯性，这就是惯性。好。很多同学呢，还是不太理解惯性的，我们再去加深一下对惯性的理解。 这个牛顿第一定律呢，又叫做惯性定律啊，为什么这么说呢？啊？我们来看一下物体，它为什么会保持静止或匀速直线中呢？它为什么会这样呢？好，那我们刚学过，它是不是因为受到力的作用 才保持静止或匀速直线运动状态呢？很明显不是啊，他不是受到力的作用，就说保持静止和匀速直线运动，是不是不受力的时候才会这样？那也就说我们证明呢，他不是外因导致的这种情况， 那他为什么会保持静止和匀速直线运动状态呢？那就只能证明他是什么内因。什么内因呢？就是这个物体它本身就具有这种属性，它就具有保持这种匀速直线运动和静止状态的这种属性 好，那么这种我们就称之为惯性啊，就称之为惯性好，那我们再呃呃解释一下啊，这个惯性啊，它这里面包含的啊，比较需要注意的点。第一个点就是惯性啊，它是物体本身的一种属性啊， 那一切物体都是具有惯性的，注意啊，一切物体不论是静止还是运动的，在任何时候，任何状态下都是具有惯性的，这是需要注意的。第二点， 惯性他不失力啊，要特别注意，他根本就不失力啊，所以呢，我们在表达的时候，你就不能够把它说成力相关的东西，那我们只能说什么呢？由于关系具有关系，比如说这个啊，物体他具有关系，或者他由于关系怎么怎么样 好，不能说什么呢？受到关系，因为他不失力，你不能说受到关系。第二个作用，惯性是一种属性， 那么他只能谈有没有啊，具不具有，你不能够说它的作用啊，作用是指利益，所以不能这样说。还有不能克服关系啊，这个克服啊，不能够这样说，因为指着利益，他也说克服 啊，不然的话，你就将惯性跟力扯到一起去了啊。所以需要注意的一点好。第三点就是所有的物体他都是具有关系的啊，所有的物体都是有关系的好，这里要注意的就是物体的质量越大，惯性越大，质量越小，惯性越小 好，也就是质量啊，是决定了惯性的大小，惯性它只与质量有关啊，只与质量有关，听清楚啊，惯性的大小只与质量有关系，与速度是无关的啊，大家可以做一下笔记，与速度是没有关系的。 好，这就是关于惯性的概念的理解。好，我们啊，可能对惯性的概念啊，感觉还是有点云里雾里，那我们通过生活实践来说明啊。 好，我们看一下。哎，这两种情形，其实大家都坐过公交车，那我们来看一下啊，坐公交车的时候呢，我们扶着这个把手，公交车突然加速啊，突然加速的时候，你会怎么样？哎，往后倒是不是啊，这个人，那为什么会出现这种情况呢？ 好，我们用惯性的知识去解释一下啊，因为开始的时候啊，我这个公交车假设停在这里啊，现在起步 停在这里的时候，那我问你，这个人的速度和车的速度是不是都是零啊？都是零，那也就是静止状态。好，突然加速，那我这个车子往前运动，是不是就有了一定的速度， 他就运动起来了，但是由于人他就惯性，他要保持原来的那种静止状态 啊，要保持圆的那种静止的意思说，我的身体还是静止的，但是我脚下这个车已经往前走了，所以我的脚啊，我这个人身体跟不上脚的速度，所以我这个人看起来向后倒的这个样子， 所以这就是由于惯性造成。好，同理，这个刹车也是如此啊，我们在高速行驶的时候，人继续往前有一个速度啊，有去往前有个速度啊，比如说速度很大，但是车子突然刹停， 他从速度很大，减小速度之后，那我由于人要具有惯性，要继续以之前的这种速度往前运动。好，那么我这个人呢，就跟不上。哎，这个车子的 这个速度啊，他就减小这个速度了，所以人就继续往前，这都是由于什么呢？惯性造成的这种现象， 好，那么在生活中的我们还有利用和啊，这个防止惯性对人造成的伤害的情形啊。比如说第一个我们的二级跳 为什么比立定跳远要跳的远很多呢？是因为我们人在啊，这个运动员他在奔跑的时候有个往前的这个速度， 他离开地面时候，由于惯性他要继续往前运动，有这样一个速度，那这个时候你跳出去就自然远的多了，那这就是利用的惯性 好，其实惯性在我们生活中也会到了，我们带来了哎，这个烦恼，比如说这个车辆突然撞到物体的时候， 这个安全气囊就会弹开，这个安全气囊其实就是防止惯性啊到对我们造成的伤害啊，车辆突然停止，那么人由于惯性他会继续向前， 那这个时候可能就会碰到玻璃啊，碰到方向盘啊，造成伤害，这个时候安全气囊弹开，就保护了人啊，保护了人，好，这就是我们关于生活中的一些惯性现象。 好，那我们来进行今天的课程总结，今天我们主要学习了三个方面内容。第一个就是阻力对运动的影响啊， 阻力啊，对运动影响，我们这里呢得到了一个结论，就是如果啊这个物体不受力的时候，它就会保持匀速直线运动或静止状态，那么在前面阻力对运动影响的影响的探索过程中啊，得到的结论的基础上流动的，他对这个结论进行了一个总结 啊，得到的牛顿第一定律，它建立了一个力和运动的关系。啊，好，注意这个建立过程是一种推理法啊。好，最后我们学习了什么叫做惯性啊？生活中的惯性现象。 ok， 那 么这就是本节课的所有内容。好，谢谢大家。

麻了，牛顿第一定律学不会，惯性概念搞不清，判断惯性大小总出错，做题全靠蒙。别慌，本节课年哥带你拆解惯性核心，讲透影响惯性的关键因素，看完直接拿捏考点，你最崩的那道题是什么？评论区分享哦， 所以，当然牛顿相比迪卡尔这个又又丰富了一个，在什么点呢？就是他，他强调了一个，其实物体也可以在不受外力的情况下保持静止状态啊啊，或者说匀速直线运动状态啊，除非有外力，他受到的核外力不为零，他就不静止或者不匀速直线运动 啊，这个大家知晓的清楚，对吧？咱就不过不做过多的赘述了啊，咱们稍微去强调一下牛顿第一定律的价值， 因为大家在生活当中现在接受的科普都很多，对吧？啊，觉得这个东西还用还用说吗？对吧？啊，这个东西不是很显然吗？ 啊，但是如果说你带入一下两千年人，就是几千年几百年前的那种人的一些经验，他就是跟亚里士多德的直觉感受是一样的，对吧？他就是会觉得这个这个骡子不抽他就不往前跑，对吧？啊，这个石头，我这个不推他就不动 啊。但是牛顿第一定律确实是怎么着了，非常明确的指出了我们物体第一个他在不受外力或者核外力为零的时候的运动状态，应该是静止或者做匀速直线运动把这两个状态，牛顿第一定律第一次非常完整的给他做了一个清楚的表述，对吧？所以这个是非常非常关键的啊， 你不研究清楚物体不受外力的时候会怎么样，你就没有办法去研究他受到外力会怎么样，你就没有办法我们下节课去研究力跟运动的关系啊，我们整个牛顿第二定律，牛顿定律这一章节都是研究力我们前面学的力和前面学的运动这两件事的关系。 所以牛顿第一定律相当于是把不受外力情况下，他的运动状态，就是在没力的时候，力为零的时候的运动状态。先给他定住了，你要么静止，要么匀速直线动，咱们才能在后面去研究我受了力又会怎么样， 所以这是他的非常重要的价值，对吧？啊，那第二个，他提出了力的作用效果，他会改变物体的运动状态，但具体怎么改变，那是牛顿第二定律去探讨， 好吧，第三个非常重要啊，他明确了物体的固有属性，惯性这个事大家之前初衷肯定都了解，对吧？啊，所以牛顿定律又叫惯性定律啊，那当然咱们也可以通过一个小小视频啊，然后再去直观，咱们去感受一下这个惯性定律啊。来， hey b potato， look it's very good now， if i take a mallet and i hit the handle like this， what will happen will the potato drop let's check love！ 大 姐，非常开心啊，好，那么其实你会发现他越锤这个 捶这个刀啊，你发现土豆非但没有掉，土豆还在往上爬，对吧？啊？土豆为什么会往上爬呢？其实并不是土豆往上爬了，而是你每捶一下，刀往下窜了一下，对吧？土豆没来得及反应过来， 土豆还有一个维持在原来位置的一个惯性，对吧？但是刀是突然往下窜了一下，导致刀相对土豆有一个往下的位移，所以你捶一下看起来像土豆往上往下窜了，对吧？啊， 那就体现了一个物体的固有属性，惯性啊，惯性这个事咱们稍微再强调一下啊，牛顿第一定律，刚才他说了这么一长句话，其实你可以用几个字来概括 就是物体具有惯性。物体具有惯性六个字可以顶着一大段话， ok 吧。啊，为什么呢？因为我们惯性本身的定义其实就是物体具有保持原来匀速直线运动或者静止状态的性质。那这不就是就是牛顿第一定律说物体在不受外力的情况之下的运动状态，静止或者匀速直线运动， 所以物体具有惯性是不就是顶牛顿第一定律刚才逆一串话，对吧？好，那么惯性既可以认为是物体不受外力情况之下，他维持静止或者匀速直线运动的这样一个性质， 同时也可以体现物体受外力时运动状态怎么样，然后你自己凭借你自己之前的知识，对吧？或者对于牛顿第一定的理解，你怎么去填这个空。惯性可以理解为物体受外力时他运动状态怎么 啊？我想让你添的是最重要的事是这两个字改变啊的难易程度啊。 好，就这两个角度，一个是不受力的时候静止或者匀速直线运动，再一个是惯性，它体现了物体受外力时运动状态改变的难易程度。这两个点都可以去描述惯性，对吧？你这两点放在一起才能体现了惯性它的一个全貌好吧。 哦，一个是不受外力的时候在那待着，一个受外力的时候，他运动状态想改变的难以程度啊。好吧，那具有惯性是物体固有的性质啊，就像你有，你有什么呢？你高矮胖瘦一样啊，对吧？是这个东西的固有的属性啊，当然，所以惯性也有大有小，就像你的，你的怎么着呢？ 温度有高有低一样，好像温度也是物体固有的一个性质，对吧？那惯性也有大有小，那那惯性的大小用什么来表现呢？ 对吧？那惯性这个性质的大小用一个什么参数能体现出来？这东西太抽象了，对吧？惯性，那有没有一个物，一个物理量的大小能描述它惯性的大小？ 什么是物体惯性大小的？量度好就是质量啊？好，所以你发现质量的大小一个非常重要理解的角度就是描述了惯性的大小，所以我们我们说，你说什么叫质量大，什么叫质量小， 你之前可能不太好说清，对吧？嗯，质量大，质量小，你你也有个感觉，对吧？啊？这个质量大，大石头质量大啊，这个小羽毛质量小，那什么叫质量大？什么叫质量小？ 其实质量大小又体现了它惯性的大小以线了。在受外力的时候，他运动状态改变难以程度，这其实就是质量大小的一个重要的描述的本质啊。当然质量还有另一个描述是从眼力角度去定义啊，当然我们从惯性角度去定义质量绝对是没毛病的 啊。那我们现在对于质量呢，有两个角度可以理解，我们在学完没完有眼力的时候，可以从第三个角度去理解，我们最直白从字面意识去很粗暴的理解，质量就是物体质量含有的，含有物质的多少，对吧？这个没毛病，对吧？哦，但是我们从惯性的角度的理解就是 什么质量体现了物体惯性的大小啊？质量是惯性大小的不良 好吧，质量越大，惯性越大，甚至可以说质量是惯性大小唯一的度量。嗯， 就是惯性的大小，跟其他所有事都无关，跟物体运动的速度的快慢什么都无关，只跟这物体的质量有关，对吧？质量的单位，这不用说吧？啊，单位就是千克。

同学们好，在开始今天的物理探索之前，我们先观察一个生活中的常见现象。想象一下，你用力推一本放在桌面上的书，书会向前滑动， 但是当你停止用力时，书很快就会停下来。这个现象在我们的生活中随处可见，以至于在很长一段时间里，人们都产生了一种直觉，物体要运动，就必须有力推着它，力一旦消失，运动也就停止了。 古希腊学者亚里斯多德就是这么认为的，他觉得力是维持物体运动的原因。但是这种看似符合常识的观点真的是正确的吗？ 如果他是错的，那书为什么会停下来呢？今天，我们就来揭开这个困扰人类两千年的谜题。 为了找到真相，我们需要像加利略一样做一个理想化的实验。想象有两个对接的斜面，非常光滑，没有摩擦力，让一个小球从左边滚下来，他会冲上右边的斜面。如果没有摩擦，他会上升到和原来相同的高度。 现在，如果我们把右边的鞋面放平一点，轻脚变小。小球为了达到同样的高度，就必须滚得更远， 继续减小，倾角，度程会越来越远。那么思维的极限来了，如果右边变成水平面，倾角为零，小球为了达到那个永远无法企及的高度，将会发生什么？没错，它将永远匀速直线运动下去，永不停止。 这说明在没有阻力的情况下运动不需要力来维持。基于伽利略的发现，牛顿总结出了著名的牛顿第一定律，也叫惯性定律。 它的内容非常精炼，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 这里有两层深刻的含义，第一，物体原本的状态，无论是静止还是匀速，直线运动是它天然的属性，不需要任何外力来维持。第二，力的真正作用不是维持运动，而是改变运动。 也就是说，力是改变物体运动状态的原因。如果一个物体速度变了或者方向变了，那一定是因为受了力。 牛顿第一定律还解释了另一个重要概念，惯性。什么是惯性？简单来说，就是物体这种死心眼的脾气，它总想保持原来的运动状态，不想改变 静止的物体，想一直保持静止运动的物体想一直保持运动，这种性质是所有物体生来就有的。不过，惯性的大小是一样的吗？ 想象一下，你要推动一辆停着的自行车和推动一辆停着的重型卡车，哪个更难？答案显然是卡车，因为卡车质量大，它的脾气更倔，更难改变状态。 因此，我们得出结论，质量是物体惯性大小的唯一亮度，质量越大，惯性越大。惯性越小，与速度无关，与受力无关，只与质量有关。 最后，让我们总结一下牛顿第一定律的核心要点。首先，我们要纠正直觉，力不是维持运动的原因，而是改变运动状态的原因。 其次，我们要记住惯性的定义，物体保持原有运动状态的性质。最后，要明确惯性的量度，质量是惯性大小的唯一标准。 掌握了这三点，你就真正理解了力和运动的关系。物理学的宏伟大厦正是建立在这样简洁而深刻的定律之上。

no 嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒嗒 嗒镜头切回是烟台复刻经典的桥段，控制变量发视 同化新距离有落差退逻辑， 爱就像人生的航向，要自己握，死方向盘不要摆。每条公式都藏着人生的逻辑，每次是时间都教你怎么看清自己。其实人生就是那将从前面划下 来又顿说不受力的物体，会保持自己的状态，愿你在这分绕 时。

孩子们，你们好啊，我是亚历斯多德， 我蹬脚滑板就开始运动，我不蹬脚滑板就会停止，所以我觉得物体的运动需要力来维持。不是这个亚历斯多德，他到底在讲的啥呀？我去，不慌，孩子们，你们的家历历叔叔带着正确观念来指导他。 孩子们，我真感觉我背后凉凉的。哎呦我去，哪来的大雨，不要躲，压力十足的。我叫你把卡车冲过来。 等一下，你难道没感觉到地面摩擦力越来越大，导致你的那个速度已经减下来了？来来来，我现在就站在原地让你来来，你撞我，我不踩不代表我没有，我现在跑还来得及吗？我靠，这你们能忍住不发一个视频啊？

八年级下人教版物理教材第二十页今天我们正式开启力学核心规律的重中之重， 牛顿第一定律。这一定律是经典力学的基础，大家一定要认真听。牛顿第一定律的本质就是两个核心皆是物体的惯性属性，同时明确利与运动 的关系。而且大家要记住，这一定律不是直接通过实验得出的，而是基于理想实验推理得到。第一个核心 皆是物体的惯性属性。简单说，任何物体天生就有一个本性，就是保持自己原有的运动状态，要么一直保持静止，要么一直保持匀速直线运动，这种本性就叫做惯性。惯性是所有物体都固有的属性，没有例外。不管是静止的物体 还是运动的物体，不管是固体、液体还是气体，都有关系。第二个核心明确力与运动的关系。力的作用是改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动状态。 很多同学都会误以为有力物体才会运动，没有力物体就会停止，这是完全错误的。牛顿第一定律是基于理想实验推理得出的。 什么是理想实验呢？就是现实中无法做到完全不受力的情况。科学家们通过大量的实验，比如伽利略的斜面实验，排除阻力的影响，推理出如果物体不受力，会保持原有运动状态不变，进而总结出牛顿第一定律， 虽然现实中没有不受力的物体，但这一定律是经典力学的基础，能帮我们准确分析力与运 运动的关系，后续学习二力、平衡、摩擦力等知识点都离不开它。总结一下，牛顿第一定律，核心就是惯性加力与运动的关系。惯性是物体的固有属性力，改变运动，不维持运 动。基于理想实验推理得出。学习物理没有捷径，吃透教材就是好办法。关注我，带你用踏实的方法收获好成绩！

牛顿第一定律啊，绝对是巴夏物理第一次月考必考的重要知识点。那选择题，填空题，还有实验题啊，都会考察，特别最喜欢考这种小球问题了啊，摆来摆去的小球，哎，在某一个点，对吧？所有力消失，小球的状态是什么？那这种题不一定要区分理想模型和现实模型， 那学会这道题之后呢？一定要把罗老师整理的牛一定律专项练习，还有月考押题卷啊，拿去给孩子做一遍，那特别是想要冲高冲满的孩子，把每一道错题都搞懂，略考，轻松逆袭。那首先我们说小球问题，你要怎么去区分理想模型和现实模型呢？那就是看他到底有没有所有的力都消失这句话， 如果没有说所有的力都消失，对啊，比如说绳子断了，那这就是一个现实模型，你得考虑他受到了重力， 但是所有的力都消失，这是一种假设的理想场景，对吧？那根据牛一定律，如果啊，这个物体 速度在那一瞬间等于零，然后所有的力都消失了的话，接下来将会怎么样？静者恒静，动者恒动，那将会保持静止，对吧？瞬间速度为零，他会怎么样？他会保持匀速直线运动，对吧？ 那比如说像这道题，他说摆到中间最低点的时候啊，如果绳子断了，且所有的力都消失，他会怎么动？首先你看有没有速度，最低点肯定是有速度的，对吧？ 而且常识啊，速度其实是他的一个切线方向，所以垂直于这根绳子，现在速度是水平向右的那瞬间速度，然后呢，绳子断了，并且所有的力都消失了，那他当然会沿着这个方向做匀速直线运动，对吧？所以这个运动轨迹是二好，当然这个题还没有结束，我们要拓展一下啊。 来，如果说只是绳子断了，他没有所有的力都消失这个条件的话，那应该是哪个轨迹？那你就要考虑了，他有速度，但是呢，小球受到了重力，力才是改变物体运动状态的原因，对吧？所以很显然，他会往前飞是因为有惯性，但同时又要受到重力往下掉， 所以就是一个接近于抛物线的这么一个运动轨迹，那就应该选三好，还没结束，我们再拓展一下啊。那如果说像这个题目，小球最终啊，比如说摆到绳子没有断，摆到 c 这个点， 那如果是摆到 c 这个点，绳子断了，只有这一个条件啊，绳子断了，那么 c 点的小球将会做什么样的运动轨迹呢？是数值往下掉下去呢？还是水平向右呢？还是斜着飞出去呢？欢迎大家在评论区打出你认为正确的答案。

请你想提高我有小妙招，今天我们就来学习一下关于牛顿第一定律的相关内容。首先来请看伊阿里斯多德认为， 物体不再运动是因为没有力来维持它。而加利略认为运动不需要力来维持它，之所以不运动是因为受到了阻力作用。那到底它们谁是对的呢？我们就通过实验来说话吧。阻力对物体运动的影响 取用玩具车、木板、刻度尺和毛巾等实验器材， 将毛巾铺在木板上，由鞋面的第一根刻度线的位置禁止释放小车。 测量小车在木板上滑行的距离并记录在表格中。将毛巾替换成棉布，让小车由同一高度下滑，测量小车此时滑行的距离并记录在表格中。 最后取走棉布，让小车直接下滑至木板上，测量并记录此时滑行的距离。 三次实验，小车均由同一高度静止释放，即小车到达平面时的速度是相等的，出速度相同，平面越光滑，阻力越小， 物体运动的距离就越远。通过刚才的实验我们可以看出，当小吃他所受的阻力越小，他运动的距离就越远，速度减小的就会越慢。 当然，反过来，如果小吃所受的阻力越大，他运动的距离就越近，速度减小的就越快。 我们学习和成长也一样呦，所以减小类耗的阻力，你就能够前行的更远，当然也能够收获的更多。那如果物体不受力呢？就假设这个平面是绝对光滑的，物体就不受阻力，他会一直做匀速直线运动下去。 也就是说物体的速度是恒定不变的，而且会永远运动下去。牛顿在加利略等人的实验基础上，总结出了牛顿第一定律， 一切物体总保持匀速直线运动状态或者是静止状态，除非重在它上面的力能迫使它改变这种状态，那也就是说，力它是改变物体运动状的原因，而不是维持物体运动的原因。 那这句话怎么来理解呢？静止的物体，它不受力时将保持静止状态。如果物体之前是运动的，那么它不受力时将做匀速直线运动。 这是这句话的解析版。而我们现实生活中是没有物体不受力的，所以牛顿第一定律无法用实验来验证，它只能在实验的经验基础上通过推理概括出来的。所以呢，牛顿第一定律是实验加上推理得出来的。 关于牛顿第一定律，你弄明白了吗？还有什么问题或者困惑，我们可以在评论区聊一聊。下一个视频我们来讲解惯性的相关知识。

很多同学感觉牛顿定律挺难的，感觉不太会用，其实抓住它的一个关键点，你会发现牛顿第一定律的题还是很简单的。什么是牛顿第一定律呢？就是不受力时，你原来不动的，它就会静止，原来是动的，它就会以原来的一个速度和方向做匀速直线运动。 我们通过两道题一起感受一下。如图所示，一个氢气球吊着一个物体，以一米每秒的一个速度匀速竖直的上升，在上升的过程中，哎，我们绳子给断了， 假如此时物体所受的外力全部消失，那就不受力了呗。那问的是绳子断了之后的物体会怎么着？ 我们知道原来这个物体他是不是跟着这个氢气球一起往上运动，他不是外力时，他是动的，那肯定他啊，应该是以原来的一个速度做的是匀速直线运动，所以他会继续以一米每秒的速度匀速上升。这个题选的就是一个 c 了， 我们再看一下这个第二题，这个第二题很多同学在第一遍做的时候会感觉，哎呀，好难，实际抓住关键点也是一样的。如图所示，质量分别是 m 一 和 m 二的两个小球。在如图光滑的一个平板小车上，和小车一起 在水平地面上做速度为 v 的 一个匀速直线运动，还给了一个质量的关系， m 一 带 m 二小车还是足够长的。下列说法中正确的是，你这么一看，你会发现这个小车变化的好多呀，突然减速，突然停止，突然加速，这有一个突然静止， 你可以去想，我不管你是加速也好，停止也好，减速也罢，其实你这三种状态完了之后，我甲和乙他是不是只受数值方向两个力，一个是重力，一个是重力，一个是重力。水平方向他不受力，因为他是在光滑的一个平板小车 上，那此时甲跟乙他合力为零，跟不受力的效果是一样的。那这样我们仍然可以用牛顿的定律。 那你原来你俩都是哎向右运动的，那你肯定会以原来的速度继续做匀速直线运动。所以说啊，这么一看选的就是一个 c 了， 因为他们原来的一个速度相同，所以他们不可能说是甲追乙或者乙追甲，也不会说他俩距离会变远还是变近。 总的一句话就是牛顿力士不受力士或者受平衡力士，你原来不动的，他就会静止，原来运动的，他就会以原来的一个速度大小做匀速直线运动。

牛顿第一定律，这个呢，正好领大家也相对于是巩固啊，也对有些东西来说，就是预习一下，一点点来了哈，这个稍稍慢点来抬头。什么是牛顿第一定律？内容读一遍开始牛顿第一定律，其实告诉我们什么事？告诉我们什么事？ 告诉我们一个最基本的一个规律，什么规律？当出现了一个条件，什么条件？ 哪句话是条件？没有受到力？这个条件出现了，会出现什么结果？ 会出现什么结果？静止的物体还是静止的运动的物体？做 匀速直线运动，其实就是告诉你的话对不对？这就是自然界中存在最基本的规律。当不受力的时候，会出现什么结果呢？ 就是这样结果，原静还静，原动还动，动，要做匀速直线运动好了。那为什么会出现这样的结果啊？为什么会有这样的规律？这是物质本身所具有的最核心的性质，我们称为什么性？ 什么性？惯性？什么叫惯性呢？就是这句话，一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，就是所有物体啊，它的核心点都保持原来的运动状态 啊，这是他最基本的性质，保持原来的不改变，对不对？来，能不能听懂？来，读一遍开始你就记住了，一问你什么是惯性啊？由于惯性，因为惯性都可以，就记住，他就保持原状态，保持原来啥样 啊？这就是他想保持原来啥样，这是他最核心的特点或者性质。来，惯性是物体固有的性质，而且任何情况下都有惯性。惯性就和物体的质量有关，跟物体的运动情况没有关系，就取决于质量， 质量大，他保持原来运动状态，这种情况就怎么样？就大，质量小，保持原来运动状态不变的这个能力就弱。