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牛顿运动定律只适用于惯性系，牛顿第一定律给出了惯性系的定义，然而，它却不便于用于判定一个参考系是否是惯性系。因为要判定是否是惯性系，就需要知道相对于它运动的物体在不受力时是否能保持匀速静止或匀速直线运动状态。而通常不受力就很难保证，例如地球上的物体至少会受地球引力。 理论上可行的一种替代做法就是先假设参考系是惯性系，并运用牛顿运动定律去处理相对于参考系的运动问题，若出现矛盾，即实际情况违背牛顿定律，就认为是非惯性系；反之就是惯性系，结果就可以直接采纳。但这么处理的前提是要明确物体所受的所有的力，这可能又有困难。 事实上，关于惯性系的判定问题，爱因斯坦的等效原理给出了答案。那就是在均匀引力场中作自由落体运动的参考系就可以看成是惯性系，当然在此参考系中用牛顿运动定律处理问题时就不能再次考虑前面的均匀引力场的作用了。 然而现实世界中几乎没有均匀引力场，但引力场在足够小的空间内可以近似看成是均匀的。现实中很多情况下这样处理都是足够精确的。例如研究地球上物体的运动时，由于地球离其他天体较远，在地球所在区域内其他天体产生的引力场几乎是均匀的，这时就可以把地球当成惯性系，但考虑到地球的自转，严格来说应该是原点与地心重合且没有旋转(或者说相对于地球的角速度与地球自转角速度大小相等方向相反)的坐标系。当然也可以太阳作为惯性系，但这样会更麻烦，通常没必要。类似的，研究太阳系中的运动时可以把太阳看成惯性系。  太阳系示意图(图片来自Wikipedia) 但这样的处理毕竟是近似处理，由于引力场通在空间分布通常不均匀，严格的惯性系是不存在的，这样一来建立经典力学的基础本身就不牢。爱因斯坦当然想到了这个问题，为此他认为应该在所研究的空间范围内的每一点都建立一个作自由落体运动的参考系，而对于无限接近每一点的小区域内的运动就可以以该点处做自由落体运动的参考系为局部惯性系。因此要精确处理力与运动问题，通常要建立无数个局部参考系。然后还需要建立这些参考系之间的联系。当然，那已经是广义相对论的内容啦。 |
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