惯性力不是力，可是为什么惯性力对物体有实实在在的作用？

导读：惯性力不是力，可是为什么惯性力对物体有实实在在的作用？这个问题值得深思，这是链接量子力学和相对论的一把钥匙。

铺垫文：

惯性力，是指当物体有加速度时，物体具有的惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，而此时若以研究对象为参考系，并在该参考系上建立坐标系，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在研究对象上令研究对象在坐标系内发生位移。在非惯性系中牛顿运动定律不成立，所以不能直接用牛顿运动定律处理力学问题。若仍然希望能用牛顿运动定律处理这些问题，则必须引入一种作用于物体上的惯性力。

大统一理论（grand unified theories，GUTs），又称为万物之理，由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力，万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。通过进一步研究四种作用力之间联系与统一，寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型称为大统一理论。

这一理论最初源于电磁的研究，麦克斯韦研究证明它们是电磁现象的同一种基本相互作用的两个方面，可以用同一组方程式加以描述。到20世纪中叶前，这一描述又改进到包括了量子力学效应，并以量子电动力学（QED）形式出现。

正文：

有人可能会问，为什么不把引力理解为类似惯性力这样的存在呢？其实很简单，理解为“惯性力”这样的存在，问题依然多，引力子，引力量子化，统一场论……都依然不能实现。有的同学会提问，不能实现就不能，非要实现统一场论吗？当然，这不是必须要实现的。但是从逻辑和哲学上来说，万物是有联系的，我们在相信这个哲学认识的前提下，自然而然的就能想到把基本力联系起来，可是现在联系不起来。

该怎么办呢？两个方向，其一是继续“深化改革”，从现有理论入手；而另一个方向是干脆放弃现有理论，另起炉灶，另辟蹊径来完成大统一理论。于是弦论就应用而生，弦论中传递基本的力不再是各式各样的粒子了，而是一根根振动的“弦”。同样，该理论带来惊喜的同时，也带来了问题，那就是高维度问题，而且不是一般地高。高到好像根本无法触及，就像我说我连五维度空间是什么样都想象不来，我该怎么去想象11维空间？而且弦论可不是普通人“想玩就玩”。那是高度数学化的理论，我这种业余级别的，看都看不懂。

再回到惯性中来，这个问题你必须思考。惯性力不是力，可是为什么惯性力对物体有实实在在的作用？各位，这是一个重点问题，圈起来，在我这，是必考问题啊。因为你同样要问，如果引力不是力，是几何效应，为何能产生实实在在的作用？这样问没毛病吧。

来，发挥你的想象力，跟着我的思路走。你现在想象有一辆车，车中间用绳子挂个铁球，车子加速向前行驶，车中的铁球会向后摆，如果车子是匀速加速的，那么铁球会始终向后摆。这个经验大家应该有，就类似于坐车体会到的推背感。问题来了，为什么铁球向后摆？答案肯定受到力了。可是没有施力物体呀，同学们很自然的就说，是因为铁球受到了一个惯性力啊。可是为什么会受到惯性力啊？我们继续分析会发现，是车子运动，才使得铁球受到一个惯性力。

惯性力与真实力的作用其实是一样的，之所以把它当作假想力，是因为我们把力定义为力是物体间的相互作用。惯性力找不到一个施力物体，自然就不是真力。而且我们的经验告诉我们，车子加速越快，推背感越强，也就是说惯性力越大。为什么呢？不是惯性只和质量有关系吗？没错，惯性只和质量有关系，可惯性力不是啊。根据牛顿第二定理F=ma，我们可以看出来，质量一定的情况下，加速度越大，力就越大，这就是为什么推背感越强的原因了。

而我要说的是，那我们可不可以认为惯性力是由加速运动产生的？无独有偶，相对论中有一个效应叫质增效应。即狭义相对论认为，物体的惯性质量随其运动速度的增加而加大，速度趋于光速时，惯性质量趋于无限大。这是不是意味着运动能产生质量？这对于普通大众来说，又是不好理解的。运动就能产生质量，那不等于无中生有吗？事实就是，科学家已经证明了质增效应是存在的。所以说不是无中生有，不是还有“运动”吗？你只要回答，为什么会产生这种效应就OK了。

运动的物体质量增加，这是因为引力的本源是时空，即时空使得物体具有引力。时空本质上也是物质时空，能量时空。对于运动的物体，会附加能量给物体。即高速运动物体会迫使空间能量“粘贴”在它身上，这种效应和量子力学中发展的“希格斯机制”如出一辙。其实这是一种束缚态，束缚了物体运动速度增加，这也是为什么光速无法超越。从惠勒那句经典的广义相对论表述：物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。就能清楚的明白，为什么说引力使得物体具有惯性，而时空使得物体具有引力。

惯性是万有的，引力也是万有的。维持物体运动的原因是什么？是惯性！你再结合时空告诉物质如何运动这句话，是不是有启发了？时空和惯性两个概念，第一次走得那么近。想到时空一定要想到广域的场的概念，时空场的代名词是什么？是引力场！所以引力才是使得物质具有惯性的根本原因。

有人会问，为什么不直接说时空场产生惯性？在《变化》前几章我就说了，如果直接这样做，就会出现超距作用，而光速不能超光速，不然和广义相对论成立的条件冲突。知道马赫原理吗？马赫原理就出现了超距作用，这是主流科学拒绝他的原因。但爱因斯坦从马赫原理受到了启发，发展了广义相对论。

引力也是万有的，所以是一种广域的作用，所以自然而然的想到了时空。时空使得物体产生引力。所以广义相对论的场方程，也叫宇宙场方程。所以广义相对论的引力理论和牛顿引力理论的根本区别，也就清楚了，确实是由于运动导致。低速情况下，近视于惯性系中，牛顿引力适用；高速情况下，在非惯性系中，就必须用到广义相对论了。

能量子化的东西，一定是实实在在的东西。而引力场或者时空场一定是实实在在的东西，它理论上可以实现量子化。这对于广义相对论能纳入到量子力学中去是积极的信号。

现在强力，弱力，电磁力是统一了，但引力还没有被统一进来。爱因斯坦致力于统一引力和电磁力到现在也还没有完成。也是，如果引力可以和电磁力统一，自然就说明四种力可以统一。

有读者问了这样一个问题：网上说磁场是电场的相对论效应，这不就是说电磁场和相对论有关系吗？这样认为太表面了。磁场是电磁场的相对论效应， 其实还是说磁场可以由电场经相对论性转换得到，而且这样转化和狭义相对论密切，和广义相对论没有直接关系。而广义相对论才是引力理论，所以说引力和电磁力至今还未统一。

《变化》是由经济日报出版社出版的图书，作者是灵遁者。《变化》是一本有关物理学的科普著作。是一部将高深理论物理通俗化的科普范本。历时7年完成，属于灵遁者科普四部曲中的第一部。

内容简介:

《变化》是作者撰写的一本有关物理学科普的著作，是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。历时7年完成。内容开始以惯性作为引线，根据惯性质量和引力质量，以及马赫原理对惯性提出深化认识，并就此延伸到牛顿力学，再从牛顿力学延伸到电磁学，从光速问题过渡到相对论。

灵遁者简介：

灵遁者，独立学者。原名王银，陕西绥德县人。现居西安。作家，艺术家。主要代表作品为灵遁者科普四部曲《变化》《见微知著》《探索生命》《重构世界》。以及《相观天下》《手诊面诊色诊大全》《笔有千钧》《非线性波动》《空瓶子》《从今往后》《我的世界》等。其作品朴实大胆，富有新意，深受读者喜爱。