§2-1　惯性参考系

（1）参考系。

世界是由物质组成的，所有的物质都处于运动之中。描述物体的运动必须是相对于某些参考物而言的。研究物体运动时所选定的参考物就称作参考系或参照系。一般假定用来做参考系的物体都是不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的。

为了对运动进行度量，参考系常常附加上一个坐标系，一般常用笛卡尔直角坐标系（x, y，z），也可用球坐标系、极坐标系等其他坐标系，地理上常用的经纬度也是一种坐标系。

（2）惯性系。

参考系选取的不同，对运动的描述，或者说运动方程的形式也随之不同。在有些参考系中，不受力的物体会保持静止或匀速直线运动的状态，这样的参考系其时间是均匀流逝的，空间是均匀和各向同性的。在这样的参考系内，描述运动的方程有着最简单的形式。这样的参考系就是惯性参考系，也称为惯性参照系或惯性系。

朗道（见图2-1）在《场论》一书中给出如下定义：“有这样一些参考系统，在其中，一个自由运动物体，即一个无外力作用于其上的运动物体，是以等速度行进的，这种参考系统叫做惯性系统。”

图2-1　朗道（1908—1968）

和一个惯性系保持相对静止或者匀速直线运动状态的参考系也是惯性系。若参考系K′相对于惯性系K做匀速直线运动，那么任何相对K保持静止或者匀速直线运动状态的物体，相对于K′也是保持匀速直线运动或者静止状态，因此K′也是惯性系。

两个惯性系相互之间必然保持相对静止或者匀速直线运动状态。若参考系K′相对于惯性系K做变速运动，那么不受力物体相对于K保持静止或者匀速直线运动状态，相对于K′则是做变速运动，因此K′必然不是惯性系。

惯性系是不存在引力作用，不存在自身加速度的“自由”参考系。在宇宙中，由于处处存在着引力，而且引力场的分布是不均匀的，因此完全的惯性系只是一种理想情况，现实中只在一定的精度下存在着近似的局部惯性系。一艘在宇宙空间中无动力自由飞行且没有自转的飞船，在飞船附近的自由物体将以很高的精确度相对飞船做匀速直线运动。在研究飞船附近的物体运动时，以飞船作为参考物的参考系可以看作一个非常好的近似惯性系。

惯性定律或者牛顿第一定律表明：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。因此，惯性定律成立的参考系就是惯性系，惯性定律也只有在惯性系中才能成立。惯性是物体保持原有运动状态的性质。物体的这个性质好像人的惰性习惯，总是保持原有的行为方式，习以为常，难以改变，在英文中惯性和惰性使用的是同一个单词（inertia），这也是惯性及惯性系名称的由来。