英国物理学家艾萨克·牛顿于1687年，在巨著《自然哲学的数学原理》里，提出了牛顿运动定律，牛顿第一运动定律就是其中一条定律^[3]  。

牛顿第一定律与牛顿第二、第三定律构成了牛顿力学的完整体系。

牛顿第一定律给出了惯性系的概念，第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系只对惯性系成立。因此，牛顿第一定律是不可缺少的，是完全独立的一条重要的力学定律。^[4] 

牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。又称惯性定律、惰性定律。常见的完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。^[1-2] 

牛顿第二运动定律的常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第二运动定律和第一、第三定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。

牛顿第三运动定律的常见表述是：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第三运动定律和第一、第二定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。

    1、牛顿第一定律：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。
对牛顿第一定律的理解要点：（1）运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持；（2）它定性地揭示了运动与力的关系，即力是改变物体运动状态的原因，是使物体产生加速度的原因；（3）定律说明了任何物体都有一个极其重要的属性——惯性；（4）不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不能用实验直接验证，但是建立在大量实验现象的基础之上，通过思维的逻辑推理而发现的。它告诉了人们研究物理问题的另一种方法，即通过大量的实验现象，利用人的逻辑思维，从大量现象中寻找事物的规律；（5）牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例，牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系，牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系。

2、牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。公式F=ma.
对牛顿第二定律的理解要点：（1）牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系，即知道了力，可根据牛顿第二定律研究其效果，分析出物体的运动规律；反过来，知道了运动，可根据牛顿第二定律研究其受力情况，为设计运动，控制运动提供了理论基础；（2）牛顿第二定律揭示的是力的瞬时效果，即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系，力变加速度就变，力撤除加速度就为零，注意力的瞬时效果是加速度而不是速度；（3）牛顿第二定律是矢量关系，加速度的方向总是和合外力的方向相同的，可以用分量式表示，Fx=max,

Fy=may,Fz=maz;（4）牛顿第二定律F=ma定义了力的基本单位——牛顿（定义使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的作用力为1N,即1N=1kg.m/s2.

3、牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
对牛顿第三定律的理解要点：(1)作用力和反作用力相互依赖性，它们是相互依存，互以对方作为自已存在的前提；（2）作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失，同时变化，不是先有作用力后有反作用力；（3）作用力和反作用力是同一性质的力；（4）作用力和反作用力是不可叠加的，作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可求它们的合力，两个力的作用效果不能相互抵消，这应注意同二力平衡加以区别。

4.物体受力分析的基本程序：（1）确定研究对象；（2）采用隔离法分析其他物体对研究对象的作用力；（3）按照先重力，然后环绕物体一周找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力，最后分析其他场力；（4）画物体受力图，没有特别要求，则画示意图即可。

5.超重和失重：（1）超重：物体有向上的加速度称物体处于超重。处于失重的物体的物体对支持面的压力F（或对悬挂物的拉力）大于物体的重力，即F=mg+ma.；（2）失重：物体有向下的加速度称物体处于失重。处于失重的物体对支持面的压力FN（或对悬挂物的拉力）小于物体的重力mg，即FN=mg－ma，当a=g时，FN=0,即物体处于完全失重。

6、牛顿定律的适用范围：（1）只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系；（2）只适用于解决宏观物体的低

【2013-5-26日补注】本文是对2300多年来物理学高屋建瓴的宏观评价与精准把握，并且完全符合物理学的客观实际，有英国科学期刊《物理世界》2004年的调查结果为证（http://www.360doc.com/content/13/0526/15/5455840_288303665.shtml）！但这样的工作并不是每一位物理学家或者科学院院士都能够做到的。如果本文作者还参与创立了物理学的五大核心公式，那么，他的科学贡献就更是不可估量！





纵观物理学金碧辉煌的大厦，我们不禁感概万千！抚今追昔，从2300多年前亚里士多德（公元前384-322）的《物理学》到牛顿（1642-1727）的《自然哲学的数学原理》，再到今天物理学庞大的理论体系，究竟有哪几大公式堪称物理学的核心公式呢（请注意：自1901年-2012年这111年间共有193人荣获诺贝尔物理学奖）？





所谓物理学的核心公式，必须是主宰物理运动中某一个大类运动的基本定律或者公式（例如主宰机械运动的牛顿第二定律，主宰电、磁、光运动的麦克斯韦方程，主宰微观粒子运动的薛定谔方程），或者是揭示最基本、最重要的物理关系与实质的公式或方程，例如，爱因斯坦质能关系式与甘永超波粒二象关系式。前者揭示了质量、能量、时间、空间与运动之间的关系，它是物理学中最基本的关系——物理学就是研究物质（质量、能量）在时间、空间中的运动，后者则是物理学中最重要的关系，因为实物（粒子）与场（波）之间的关系至高无上——被（瑞德尼克）称之为“物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰”，也是爱因斯坦一辈子苦苦求索的问题。





另外，物理学的几大核心公式最好还能与物理学史上的几次重大事件（例如物理学史上的五次大综合或者第六次大综合的开端（见下面的注释六））相对应、相吻合就更是天遂人愿、花好月圆了……





综上所述，物理学的五大核心公式应该是：





一、牛顿第二定律(主宰机械运动，与物理学史上第一次大综合相对应)





二、麦克斯韦方程(主宰电、磁、光运动，与物理学史上第三次大综合相对应)





三、薛定谔方程(主宰微观粒子运动，与物理学史上第五次大综合相对应)





四、爱因斯坦质能关系式(揭示时间、空间、质量、能量、运动之间的关系以及核武器原理，与物理学史上第四次大综合相对应)





五、甘永超波粒二象关系式(揭示实物与场(或者粒子与波)的关系以及核导弹克星——巨粒子炮原理，与物理学史上第六次大综合的开端相对应，为我们开启了“后粒子物理学”时代。其四维形式见最后的附件)












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注释一：“电磁波”与“光量子”之间的关系，是天才的物理学家爱因斯坦苦苦求索了一辈子的问题，今天的甘永超却居然能够给出精准的数学表达并且已经被写进了教科书中！而瑞德尼克在《量子力学史话》一书中关于“物理学最高峰”的宏论早已震耳发聩：“今天，决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题，就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰：物质的两种基本形式——实物（粒子）与场（波）——之间的相互关系。”你觉得“波粒二象关系式”在物理学中应该处于什么地位？ 





注释二： 当今物理学前沿存在四大疑难，它们是：“波粒二象性之谜”、“光的本性之谜”、“粒子与场的关系之谜”、“物质世界的最基本结构单元之谜”；而破解这四大疑难的钥匙就是“甘永超波粒二象关系式”及其衍生出来的“π型三重波粒二象性”与“太极粒子波”(如上三个图）。早在1994年，甘永超就完成了“经典电磁场按光子对应分解”，揭示了“经典电磁场在结构上的粒子性”——第三种波粒二象性；而后，他又把爱因斯坦、德布罗意揭示的前两种波粒二象性与第三种波粒二象性完美而又和谐地统一起来，揭示了微观客体的“π型三重波粒二象性”；据此，他还预言了物质世界的最基本结构单元——“太极粒子波”的存在，并给出了“波粒二象关系式”的物理解释。参见：娄兆文等编，自然科学概论，北京：科学出版社，2012，44-48页。你觉得“波粒二象关系式”在物理学中应该处于什么地位？  





注释三：“甘永超波粒二象关系式”将开辟一个新学科或新领域——“后粒子物理学”（只有能够开辟一个新学科或新领域，才堪称物理学的核心公式）。它至少是对爱因斯坦、德布罗意和甘永超所揭示的“三种波粒二象性”的概括和总结，特别是对“π型三重波粒二象性”这一物理模型的数学抽象。而“太极粒子波”则又是对“π型三重波粒二象性”(当然也包括“波粒二象关系式”) 的进一步解读和发展。事实上，这一个物理公式（波粒二象关系式）、两个物理模型（“π型三重波粒二象性”与“太极粒子波”）首尾呼应，浑然天成，开辟了继“分子物理”、“原子物理”、“原子核物理”、“粒子物理”之后的又一个新学科与新领域“波与粒子的统一——‘太极粒子波物理’”并预言了一种新武器——“巨粒子炮”的存在。你觉得“波粒二象关系式”在物理学中应该处于什么地位？ 





注释四：“甘永超波粒二象关系式”能够直接导出普朗克能量子假设和德布罗意物质波假设这两个诺贝尔物理学奖公式（把量子力学的两大开山之作统一起来），间接导出四个诺贝尔物理学奖（第一种、第二种波粒二象性的揭示与实验验证）结果，要不是其中有两个内容发生重叠，该公式就可以包含六个诺贝尔物理学奖！试问：科学界还能找出第二个这样的公式吗？你觉得“波粒二象关系式”在物理学中应该处于什么地位？ 





注释五：



 

在热力学与统计物理学中，我们也曾刻意寻找物理学的核心公式，但那里的微观粒子，要么服从经典的力学规律，要么服从量子的力学规律，并没有被新的基本定律所主宰。不过，值得一提的是：还是出现了几个新的统计规律，但它们比较分散，力量不集中，比较弱小，找不到一个共同的统计规律。另外，这里的能量转化与守恒定律也可以并入整个物理学中的能量转化与守恒定律，并被爱因斯坦质能关系式的质-能守恒所包含。这也就是说，从物理学史上的第二次大综合中还找不到一个具有代表性的核心公式与之对应。希望今后会有新的发现。





注释六：物理学史上的五次大综合与已经开始的第六次大综合：





第一次大综合：17世纪，伽利略研究地面上物体的运动，打开了通向近代物理学的大门。牛顿在此基础上把地面上物体的运动与天体的运动统一起来，揭示了天上地下一切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实现了物理学史上的第一次大综合。 





第二次大综合：18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研究，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而把热与能(能量转化与守恒定律)、热运动的宏观表现与微观机制统一起来，实现了物理学史上的第二次大综合。





第三次大综合：19世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学家研究的基础上，经过深入研究，把电、磁、光统一起来，建立了经典电磁理论，预言了电磁波的存在，实现了物理学史上的第三次大综合。





第四次大综合：1905年，爱因斯坦在分析当时有关光速测量方面出现的种种矛盾的基础上，创立了狭义相对论，把物理学扩展到高速运动领域，建立了新的时空观(物质、运动、时间、空间相互关联)，这是物理学发展史上的第四次大综合。





第五次大综合：20世纪，普朗克在解释黑体辐射的实验规律时提出了量子论假设，经爱因斯坦、波尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人的努力，发展了量子力学，把物理规律扩展到微观领域，完成了物理学发展史上的第五次大综合。





第六次大综合：随着“第三种波粒二象性”的揭示和“三种波粒二象性”的和谐统一，人们终于破解现代科学的四大疑难（①波粒二象性之谜、②光的本性之谜、③粒子与场的关系之谜、④物质世界的最基本结构单元之谜），从而完成物质的两种基本存在形式——实物(粒子)与场(波)——之间的统一。这就是物理学的第六次大综合。所以，一位名家早就指出：“今天，决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题，就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰：物质的两种基本形式——实物(粒子)与场(波)——之间的相互关系。”





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 相关链接：

《惊奇：央视华人频道播出〈甘永超：解密“甘永超公式”〉》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68298）

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共青团中央《中华儿女》海外版2013/2下《中国诺贝尔科学奖的曙光：“甘永超公式”跻身“物理学五大核心公式”》（http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-68460）

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《致中国科学爱好者的一封公开信》(http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-55404)

《钱学森之问（续集）得分知多少？》（http://bbs.tech110.net/viewthread.php?tid=26033）

原文参见：http://blog.tech110.net/index.php?uid-1126-action-viewspace-itemid-66957

速运动问题，不能用来处理高速运动问题；（3）只适用于宏观物体，一般不适用微观粒子。