牛頓第一定律是必要的嗎？從慣性參考系到等效原理

物理定律的方程式，通常描述的是各種物理系統在時間與空間中如何演變。在這些方程式中出現的物理量或函數，若不是可以直接測量的，就是它們的效應可以被間接觀測所驗證。在使用這些方程式時，人們有時候會不小心忘記它們的成立是有條件的，而將它們的正確性視為理所當然。然而，實際觀測時，卻往往必須排除各種干擾，在良好的條件下進行實驗。一個光學實驗不太可能在馬車或公車上做，因為那有太多來自振動或是任意加速運動的干擾，使得想被觀測的現象糊成一團。類似地，人們不會期望在一個咖啡杯隨時都可能翻倒的參考系裡能很有把握地預測一顆彈珠的行進軌跡，也不會選擇在一個高速自轉的房間裡總結一個單擺或是諧振子（Harmonic oscillator）的一般運動規律。如果可以將上述各種干擾都一一排除，那麼似乎就可以得到一種特別理想的參考系（frame of reference），在其中的物理定律可表達成比較簡單清楚的形式。這樣一種理想的參考系或坐標系就是一個慣性參考系（inertial frame of reference）或慣性坐標系（inertial coordinatesysetm），簡稱慣性系（inertial frame）。