来瞧瞧你对牛顿第一定理有多少误读。
好多书上都说：
牛顿第一定理是牛顿热学的基石。
不过这些书的编者对待这块基石的实际心态却很差，根本没把这块基石置于眼中。
她们介绍牛顿第一定理更像是走个过场，并没有展现清楚其中的内涵。
常见的叙述是：
一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。
然而，这些叙述很不严谨，有好多细节都没交代清楚。
容易让人形成一种“我早已晓得牛顿第一定理说了些哪些”的错觉。
数学学是一门严谨的学问，要用严谨的语言去书写。不得不使用自然语言（汉语、英语、德语、……）去书写时，更要注意其叙述的严谨。
（笔者确实有意将前面这些常见的叙述作为“反面教材”。）
一定要清楚，牛顿第一定理完全称得上是博大精深。
笔者先给出一个自觉得足够严谨的叙述：
这二者互为充分必要条件：
1.质点不受外力或所受合外力为零。
2.质点相对于惯性系保持静止或匀速直线运动。
这些叙述堪称是字字珠玑，下边将其中的内涵细细道来：
（主要是介绍这些叙述中出现的各类概念的定义，以及理解这种概念所需的一些额外的知识。）
哪些是“质点”？
好多人介绍牛顿第一定理时，喜欢使用“物体”一词。
从这儿开始就早已不严谨了，由于牛顿热学研究的仅仅只是质点的运动！
牛顿运动定理以及万有引力定理都是针对质点提出的定理！
（牛顿热学似乎是质点热学。）
而质点是对现实物体的具象，但是有些物体是不能被具象成质点的，使用“物体”一词盲目地扩大了牛顿第一定理的研究范围。
质点本身很简单，就是：具有质量的点。
在这儿先说清楚，为何要把现实物体具象成一个质点？
虽然这是为了描述现实物体的平动。
运动可以被简单分为：
平动、转动、振动。
牛顿运动定理仅仅着眼于平动。
可以利用平面图形的平移和旋转来理解平动和转动。
只不过平动可以在三维空间中发生，转动的转轴可以朝向三维空间的任意方向。
可以觉得现实物体是由大量质点组成的，当现实物体平动时，组成它的每位质点的运动轨迹都相同。
所以只要描述了其中一个质点的平动，就相当于描述了整个物体的平动。
此时，就可以把现实物体具象成一个质点。
听上去似乎很简单，不过有时侯平动和转动容易被混淆。
平动不只是直线运动，直线运动也未必是平动。
有人会以为这都是转动：
（好多人中学时学得“匀速圆周运动”其实是平动。）
有人会以为这都是平动：
（好多人中学时估算“小球的动能”是按平动算的，这显然是错的。）
这么怎样把现实物体具象成一个质点？
这很简单，质点就两个要素：
质量、位置。
质点的质量就是现实物体的质量，这没哪些难度。
有难度的是质点的位置。
前面说过：当现实物体平动时，组成它的每位质点的运动轨迹都相同。
其实现实物体上的每位位置都可以作为具象后的质点的位置，事实上这些做法也确实可行。
不过，稳当的做法是：
把现实物体的刚体所在的位置，作为具象后的质点的位置。
（物体的刚体就是重心。）
既然其它位置也可以，为何要用稳当的做法？
前面说过，运动可以被简单分为：
平动、转动、振动。
千万别以为这只是在给运动分类！
这或许是一套方式论。
现实物体的运动常常十分复杂，既平动、又转动、还震动。
将这三种运动分开研究，再合并到一起，便是研究现实物体运动的方式。
为了将这三种运动合并到一起，就须要把现实物体的刚体所在的位置，作为具象后的质点的位置。
（好多时侯，你理解不了个别问题，只是由于你所处的层次太低。）
哪些是“外力”？
（先说清楚，力是由牛顿第二定理定量地定义的，也能由牛顿第一定理定性地定义，此处不再详述其定义。）
力，有三个要素：
大小、方向、作用点。
好多人就会忽视力的作用点。
（可能是由于好多人都只学过质点热学，把运动的物体都当作了质点，自然不用考虑力的作用点。）
有外力，就意味着也有内力。
一个力是外力还是内力，取决于你选定的系统包括什么物体。
这是一件很主观的事，系统如同一个圈子，一个人在不在圈子里，要看你说的是那个圈子。
选定系统十分灵活，可以把不接触的物体看成一个系统，也可以把同一个物体的局部看成一个系统。
（如同一个国家的领土未必要接壤，在一个国家之内还可以划支行省一样。）
外力：系统外的物体对于该系统或它的某一部份所作用的力。
内力：系统内的一部份对另一部份作用的力。
这两句话应当不难理解。
笔者在此补充一点：
分辨外力和内力须要对力的作用点十分敏感。
哪些是“合外力”？
提到合外力，好多人只说这种：
力可以合成，多个力可以合成一个力。
多个力共同作用的疗效和多个力的合力的作用疗效相同。
所有的外力的合力就是合外力。
两个力的合成遵守平行四边形法则。
（把两个力的合力再和其它力合成，就求出了多个力的合力。）
（至于力的分解，听上去和力的合成是一对概念，实际上却差得远。力的合成，结果是惟一的；力的分解，结果却不惟一，取决于坐标的选定。所以，介绍力的合成时，没必要介绍力的分解。）
然而，好多人都没说一件大事：
共点力能够合成！
（没错，有些力是不能合成的。）
共点力这个概念出现的突兀吗？
并不突兀，里面的力的合成的说法本身就不完整。
（有时侯，仅凭对基本概念和基本逻辑的敏感，能够发觉“新台湾”。）
力，有三个要素：
大小、方向、作用点。
里面的力的合成的说法只考虑了力的大小和方向。
作用点呢？
没说。
所以前面的力的合成的说法并不完整。
力的合成虽然是共点力的合成。
（这就包含了力的作用点。）
假如多个力的作用线交于同一点，这么这种力就是共点力。
至于作用线，就是与力的方向相同、穿过力的作用点的直线。
假如多个力的作用线不交于同一点，这么这种力就是非共点力。
非共点力是不能合成的！
（除非它们大小相等、方向相同。）
除了可以通过物体是否平动来判定是否可以把物体具象成质点。
还可以通过物体受的力是否是共点力来判定是否可以把物体具象成质点。
一个是从运动的视角入手，一个是从受力的视角入手。
这两种方式虽然是一样的，非共点力会形成转矩，使物体旋转、弯曲、扭曲、……，不会让物体平动。
（力的合北京是为质点服务的，有没有再度感遭到牛顿热学是质点热学？）
哪些是“相对”？
静止是相对的，运动也是相对的。
（其实，倘若不定量描述运动的话，也可以说运动是绝对的。）
谈及静止和运动，都要说清楚是相对于谁静止、相对于谁运动。
月球表面不是真的静止，它在绕着地心转动；地心不是真的静止牛顿第一定律是啥?，它在绕着太阳转动；太阳不是真的静止，它在绕着银河系中心转动；银河系中心不是真的静止，它在向其它星体运动、……
绝对的静止是不存在的，我坐在开着的公汽车上的时侯，也可以说公汽车是静止的。
没有所谓的“日心说”推翻“地心说”这回事，只有参考系脱颖而出。
谈及静止和运动，都要说清楚是相对于那个参考系静止、相对于那个参考系运动。
确定参考系，首先要确定参考点，参考点就是选定的相对静止的点。
（变换一个参考系，物体的运动可能会天差地别。）
这个相对静止的点总要落到具体的物体上。
不过，好多人就会忽视一件事：
确定了参考点，并不代表确定了参考系！
用同一个参考点可以构建无数个参考系！
由于参考系实际上是个座标系，参考点是座标原点。
当座标原点不变时，座标系可以绕着座标原点以任意的角速率旋转。
这都会产生无数个参考系！
哪些是“匀速直线运动”？
匀速直线运动，这些说法虽然有些赘余。
虽然速率是矢量，有大小也有方向，“匀速”就早已有“直线运动”的意思了。
不过，考虑到“匀速”可能有多种定义，笔者始终使用“匀速直线运动”这种说法。
因此单独开辟一个小标题，是由于“匀速直线运动”是最接近“静止”的一种运动。
或则说，“匀速直线运动”就是“静止”，“静止”就是“匀速直线运动”。
（静止，不过是速率大小为零的匀速直线运动。）
静止是可以“传递”的。
假如参考系A相对于参考系B静止，参考系A也相对于参考系C静止。
这么参考系B和参考系C也相对于对方静止。
匀速直线运动也是可以“传递”的。
假如参考系A相对于参考系B做匀速直线运动，参考系A也相对于参考系C做匀速直线运动。
这么参考系B和参考系C也相对于对方做匀速直线运动。
（除此以外，没有任何一种运动具有这个特点。）
这意味着，互相之间做匀速直线运动的参考系是“平等”的。
这是一种和谐之美！
哪些是“保持”？
“质点相对于惯性系保持静止或匀速直线运动”。
好多人都没把“保持”这个词置于眼中。
“保持”，是惯性的第一个特点。
（惯性的另一个特点会在下边指出。）
“惯性”其实就是“惰性”，就是“懒”。
不过，假如你对惯性的认知就只有一个“懒”字的话，那就太做作了。
也有好多人会说：质量是惯性的量度。
这听上去深刻了一些。
不过，假如你认为惯性的量度就是质量，质量是一个了不得的化学量的话，那也很做作。
关于“惯性”和“惯性的量度”，这儿面的数学太艰深了，没有上万字是说不明白的。
笔者仅仅希望读者能从“不晓得自己不晓得”达到“知道自己不晓得”。
下边仅泛泛而谈：
惯性似乎是“能量不突变”的彰显，“速度不突变”仅仅只是由于速率可以表征能量。
（“能量不突变”是一种信仰，理解这些信仰，能够理解当年的普朗克为何要拚命抹杀“能量量子化”。）
一切能反应“能量不突变”的性质，都是惯性。
大部份人都只晓得“机械惯性”，但实际上还有“电磁惯性”、“热惯性”、……
正因这么，质量并不等价于惯性的量度。
（具体内容必须涉及到微积分和微分多项式的知识，笔者在这儿不便多说。）
哪些是“惯性系”？
（先说清楚，惯性系是通过牛顿第一定理定义的，互相之间做匀速直线运动的参考系都是惯性系，惯性系都是“平等”的。）
好多人介绍牛顿第一定理，只说“保持静止或匀速直线运动”。
从不指出“相对于惯性系保持静止或匀速直线运动”。
好多人也说牛顿第一定理也叫惯性定理，引出了惯性系的概念才是其重要意义。
然而她们抒发的牛顿第一定理里却没出现过惯性系这个词。
让惯性系上场的时侯，她们会补充一句：牛顿运动定理适用的参考系就是惯性系。
面对那些抒发，笔者实在是有些不忍直视。
其实，她们如此说也没问题，只是思想深度差了一大截，把一个环环相扣的严密体系表达成了东拼西凑的“豆腐渣工程”。
指出“相对于惯性系保持静止或匀速直线运动”，到底有哪些用？
不仅更好地整合各类基本概念之外，还有至关重要的一点：
可以自然而然地引出“惯性力”的概念！
（先别急着唱反调。）
这些看法很自然：
在惯性系里静止或做匀速直线运动的质点，在非惯性系里会怎样样？
不会静止，也不会做匀速直线运动，如同有不为零的合外力作用于质点一样。
这显然是质点的惯性的彰显，被形象地称为“惯性力”。
谨记，“惯性力”只存在于非惯性系中。
惯性，就是相对于惯性系保持静止做匀速直线运动。
只认惯性系，不认非惯性系。
这是惯性的第二个特点。
多说一句，“惯性力”不是力，但不能说没有“惯性力”。
（至于“惯性力”为什么不是力，是因为力的作用是互相的，“惯性力”只有受力物体，没有施力物体。）
由于“惯性力”其实就是惯性，说没有“惯性力”就是在说：
没有惯性。
有点像：蜗牛不是牛，但不能说没有蜗牛、壁虎不是虎，但不能说没有壁虎、熊猫不是猫，但不能说没有熊猫、……
哪些是“充分必要条件”？
这可能是个正题，但也是理解一切化学学和物理定律的关键一步。
这涉及到，牛顿第一定理到底有几种叙述方法？
关键之处在于：
分辨“充分条件”和“必要条件”。
假如既能从p推出q，也能从q推出p；这么p就是q的充分必要条件，q也是p的充分必要条件。
也可以说p和q互为充分必要条件。
（充分必要条件也可以简称为：充要条件。）
所以说，牛顿第一定理起码有两种叙述：
第一种叙述：
若质点不受外力或所受合外力为零，则质点相对于惯性系保持静止或匀速直线运动。
第二种叙述：
若质点相对于惯性系保持静止或匀速直线运动，则质点不受外力或所受合外力为零。
这还没完，“若p则q”这种格式的诗句虽然是个命题。
也就是说，牛顿第一定理虽然是个命题。
每一个命题都伴随着三个其他的命题：
逆命题：“若q则p”
否命题：“若非p则非q”
逆否命题：“若非q则非p”
你们应当可以看出，前面那两种“若p则q”格式的牛顿第一定理的叙述，互为逆命题。
命题有真伪之分，但是一个命题的真伪与它的逆否命题的真伪是一致的。
（顺便第一句，逆命题和否命题互为逆否命题牛顿第一定律是啥?，它们的真伪也是一致的。）
牛顿第一定理其实是个真命题，所以前面那两种“若p则q”格式的叙述的逆否命题也是真命题。
因而又可以多出两种叙述：
第三种叙述：
若质点所受合外力不为零，则质点不会相对于惯性系保持静止或匀速直线运动。
第四种叙述：
若质点不相对于惯性系保持静止或匀速直线运动，则质点所受合外力不为零。
这部份的内容是想说：牛顿第一定理起码有四种叙述。
写在最后
重温一下牛顿第一定理：
这二者互为充分必要条件：
1.质点不受外力或所受合外力为零。
2.质点相对于惯性系保持静止或匀速直线运动。
你对它的了解，更深刻了吗？