（我到班门常弄斧，一见关公就耍刀。各位大虾，献丑了，有钱的帮个钱场，没钱的帮个人场。看个别扭您就拍个砖，看得顺眼您就鼓个掌。总而言之，别叫兄弟冷了场！咱们闲话少说，这就开讲。嘿嘿！）

"田老师讲物理"之一

在同一个系统之中的猴子与人
田松

左图是一个无摩擦的定滑轮，滑轮质量忽略不计。滑轮左端挂着一个猴子，质量m；右端挂着一个人，质量M。现在令M=m，则猴子和人在滑轮上处于力学平衡状态，二者保持相对静止。

做受力分析如下：
左边，猴子给绳子的拉力为mg，绳子给猴子的拉力为t，mg=t；
右边，人给绳子的拉力为Mg，绳子给人的拉力为T，Mg=T；
因M=m，故Mg=mg，T=t。

但是，给定的初始条件是猴子比人高了一米。人感到不服气。我是人，在进化链条上比猴子高，怎么能在滑轮上比猴子低呢？

如果你是那个人，你怎么办？

现在这个人想要靠自己的努力改变比猴子低的状态，于是他开始一个最直观的行动——向上爬。

人若向上爬，就必须给绳子一个向下的拉力F，使绳子给自己一个大于其重力的拉力T+F，获得一个向上的加速度。此时，右边T+F-Mg=MAA为人获得的加速度。

现在，人实现了自己直观的愿望，开始向上爬了。

进一步做受力分析。此时绳子右端的张力为T+F，在一根绳子上，张力处处相同，定滑轮传递力的功能发挥了作用，绳子左端的张力也是T+F，于是，猴子也受到了一个比自己重力大的拉力。于是，绳子左端
T+F-mg=ma
a为猴子的加速度，显然，a=A
也就是说，猴子将以与人同样的加速度向上，尽管猴子不需要爬，只要抓住绳子就可以了。

这个受力分析在任何时刻都成立，所以，无论人怎样用力，以怎么样古怪的节奏向上爬，猴子都将以同样古怪的节奏向上，在这个过程中，猴子将永远比人高一米，人永远在猴子之下一米的位置。力学规律已经做出了这个判决。

人不愿服从这个判决，他将如何改变自己的状态？

或者，他干脆往下爬，离猴子远一点，然而，根据刚才的力学分析，猴子也将随之向下，并且在这个向下的过程中，永远比人高一米。假如猴子知道了自己这位远亲的苦恼，并且有一颗比人大度的胸怀，愿意主动地降下来，降到比人低的位置，他能否做到呢？

同样，力学规律使猴子的大度无法表现出来。

如果人与猴子相互配合，以同样的速度一个向上爬，一个向下爬，就会看到一个奇怪的现象，猴子和人相对静止，只是绳子从猴子一端不停地串到人这一边来。如果绳子无穷长，它就会一直串下去。

这时，人绝望了。既然永远要低猴子一头，不如死了算了。于是人自滑轮撒手。但是，在人撒手做自由落体运动的一刹那，绳子的张力变为零，于是猴子也几乎同时开始了自由落体运动。并且，在这个自由下落的过程中，猴子还是要比人高一头，直到他们落地。

也就是说，在这个系统中，只要初始条件给定，无论是猴子，还是人，都将无法改变自己的命运。

牛顿力学给出了一个确定性的、决定性的世界，初始条件一旦给定，系统就将按照力学规律所却指定的方向前进。当你跳在空中，你的质心将沿着一条抛物线运动，你的落点已经由你的初始速度和初始角度给定，哪怕你在空中发现落脚点是个泥坑，你也只能看着自己落下去。你别无选择。初始条件决定着后面的运动。

太阳系中的各大行星在万有引力的作用下围绕着太阳做椭圆运动，其运动方式也全由初始条件决定，倘若最初推动它们的力量是另外一个方向，另外一个大小，整个太阳系的运动就将与现在完全不同。这种使太阳系按照今天的方式运转起来的力量，进一步说，使整个宇宙以今天的面貌呈现在人类面前的神秘的力量，被牛顿称为摰谝煌贫瘮。在牛顿体系中，第一推动一旦给定，宇宙就会像一个精致的钟表按照牛顿定律运转下去。18世纪的法国科学家拉普拉斯曾有这样的看法：如果我们能知道构成宇宙的所有基本粒子在某一时刻的位置和速度，从理论上说，就可以计算出宇宙在今后任意时刻的状态，也能算出宇宙此前任意时刻的状态。也就是说，宇宙的未来和历史全在物理学的计算之中。如果要问：第一推动为什么会以这种方式而不是以另一种方式推动宇宙？牛顿无法解释。决定初始状态的第一推动是如此神秘，以至于牛顿认为，第一推动只能出自上帝之手。在滑轮系统中，人与猴子的命运全由把他们如此放置的神秘之手决定。

对于这样一种被安排的初始状态和不可更改的命运，人有理由表示怀疑，陈胜就有过这样的提问：王侯将相，宁有种乎？然而，人所发现的物理规律却不会 因人的怀疑而有所改变。在牛顿的物理系统中，人类的自由意志没有丝毫位置。

在本文给出的定滑轮系统中，人要改变自己在这个系统中的命运，只有两种办法：

第一， 破坏系统的平衡，比如抓住猴子所在的那根绳子，或者抓住猴子的衣服领子；或者，减轻自己的重量，比如咬下来一个手指头；
第二， 借助系统之外的力量。

1999年11月17日 北京 九爷府
1999年11月22日 北京 八角

发表于《中学科技》2000年第10期。这是计划中的系列文章的第一篇。