他设计了一个光滑的斜坡，发现不论我从左边多高的地方放下小球，小球基本上都能回到右边同样高度的地方。

 

进一步，我们减小右边的坡度，让右边越来越平。那样，为了回到相同的高度，小球就得运动更远的距离。

 

最后，我把右边的斜坡根本放平，那右边就变成了一个平面，高度永远不变了。这么，无论小球运动多久，运动多远，都不可能再回到左边的高度。

永远回不到左边高度的意思是：小球会一直匀速直线运动下去（假设地面绝对光滑）。

这就像在溜冰场，地面越光滑，你就能一次性滑得越远。假如地面绝对光滑，你就会永远停不下来，直到碰到其它障碍物。

通过这个实验，伽利略发现运动本身并不须要力来保持，物体不受任何外力作用时也能维持匀速直线运动的状态。

那样，力的作用究竟是什么呢？我用力推椅子，椅子的状态的确改变了，也的确好像是我用的力气越大，椅子的速度就越大。

伽利略针对那些问题做了进一步研究，最后发现：力不是保持物体运动的原由，而是改变物体运动状态的原由。

也就是说，保持物体的运动不须要力，但改变物体的运动就须要力了，力还是非常有用的。

小钢球在绝对光滑的地面上能一直匀速直线运动，速度的大小和方向都不变。但假如我用力推小球，小球的速度就会改变。

伽利略的工作非常关键，他不只开创了现代意义上的科学，指明了科学研究的基本方法。也身体力行，发现了大量物体运动的基本规律，给后人指明了方向。

 

04

 

牛顿力学

 

接下来，牛顿就在那些工作的基础上，建立了一整套描述物体运动的理论。这就是大名鼎鼎的牛顿力学，也是高中物理的核心。

 

牛顿力学有三大运动定律，理解了伽利略的发现，你就会认为那些定律非常自然。然后你会发现：通过那些定律，我们竟然真的能够描述物体的各种运动。

 

所谓定律，就是科学家通过做各种实验，从实验现象里总结出来的规律，它的正确性由实验保证。定律是无法通过数学公式“推导”或者“证明”出来的，这些证明出来的叫定理。

 

数学家会预设 一部分最基本的公理（比如欧式几何的5条几何公理），然后从那些公理出发，通过逻辑演绎证明各种定理，构建起一座座坚固的数学大厦。

 

因为数学并不用对现实世界负责，所以公理的挑选具有很大的任意性。你能够选这几条作为公理，推出一套数学体系；也能够选那几条作为公理，推出另一套数学体系。

 

只要体系内部不自相矛盾，怎么玩都能够。就像欧式几何和非欧几何尽管在第五公设针锋相对，但它们却能够和谐共存。

 

可是，物理学是要对现实世界负责的，所以根基不能随便选。它肯定要符合实验，符合从自然界观测的结果。

 

而定律就是从各种实验现象里总结出来的规律。因此，有些物理学家就以定律为根基，建立了一套理论体系，比如牛顿力学。

 

还有 一部分物理学家以原理为根基建立了理论体系，比如爱因斯坦的相对论。甚至，整个物理学都能够从最小作用量原理导出来。

 

原理并不是从某个具体实验总结出来的具体定律，而是各位从大量物理规律中总结出来的 一部分普遍成立的东西。那些原理对物理定律的形式有非常严格的限制，成了“管定律的定律”。

 

这么说，各位就明白牛顿的三大运动定律是什么地位了吧？它们是牛顿力学的根基，决定了牛顿力学的基本骨架。

 

下面，我们就来看看这三大定律究竟都说了什么。

 

05

 

牛顿第肯定律

 

牛顿第肯定律：物体在不受力，或者受到的合外力为0时，它将维持静止或者匀速直线运动（即速度的大小和方向都不变）。