力学的三条基本定律里,大概要算第三条所谓作用和反作用定律最使人疑惑不解了。大家都知道这条定律,甚至在某种情况下也会正确地应用它,可是很少有人能够完全明了它的意义。读者当中也许有人是一下子就懂得它的──可是我得承认,我从初次和它相识起,过了10年才完全理解它。
我曾经和许多人讨论过这条定律,也曾经不止一次地看出,人们对这条定律的正确性的承认,都是有保留的。他们认为,这条定律对静止的物体说来,毫无疑问是正确的,但是不懂得怎样把它应用到运动物体的相互作用上……这条定律说,作用永远等于方向相反的反作用,这就是说,如果马拉车子,那么车子也只同样大的力量往后拉马。可是这时候车子就应该停在原来地方不动才对,为什么它还是向前走呢?这两个力量如果是相等的,为什么它们不互相抵消呢?
一般人对于这条定律的怀疑就是这样。那么,这条定律是不可靠的吗?不,定律毫无疑问是可靠的;只不过我们还没有正确地理解它。两个力没有互相抵消掉,只是因为它们是加在不同物体上的缘故:一个力加在车上,一个力加在马上。两个力是一样大,没有错──可是,难道说一样大的力永远会产生一样大的作用吗?难道说一样大的力能够使随便什么物体得到一样大的加速度吗?难道说,力对物体的作用是和物体本身,和物体的“抵抗力”的大小没有关系的吗?
如果想到了这些,那么,车子虽然在用同样大小的力量向后拉马,而马还能拉着车走的原因就很容易明白了。作用在车子上的力和作用在马身上的力在每一瞬间都是相等的;但是,车有轮子,可以自由移动位置,而马却坚定地立足在地面上,因此,车子只好跟着马走。可以再想一想,如果车对马的动力不起反作用,那么……不用马也就行了,用一个极小的力量也就能拉着车走了。可是事实上,要克服车的反作用,还是非马不可。
如果把这条定律的通常所用的简短形式“作用等于反作用”改成譬如说“作用力等于反作用力”,那么也许能使大家更容易理解,也少产生些疑问。因为这里相等的只是力。至于作用(如果像平常那样,把“力的作用”理解成物体的位置移动),因为受力的物体不同,一般是不会相等的。
当北极的冰紧挤住“切留斯金”号船身的时候,它的舷也同样用相等的力压在冰上。至于发生惨剧,那是因为强大的冰块抵住了船壳的压力,没有被压碎;可是船身呢,虽然是钢做的,却不是实心的,所以经受不住这种压力,到底被冰压坏了。物体落下的时候,当然也服从作用等于反作用的定律,虽然这两方面的力不是一下子就看得出来的。苹果落到地上,是因为地球在吸引它;可是苹果也在用完全相等的力吸引地球。严格地说,苹果和地球是在彼此相向地落下,不过落下的速度,在苹果方面和在地球方面是大不相同的。两个同样大小的相互吸引力,使苹果得到了10米每二次方秒的加速度,而地球呢──它的质量比苹果大几倍,它得到的加速度也只有苹果得到的几分之一。地球的质量比苹果的大无数倍,因此,地球向苹果的移动便小到不能再小,实际上只能算作零。所以我们说苹果落到地上,而不说“苹果和地球彼此相向地落下”,就是这个道理。