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筆者在泛科學的〈離地表100公里就是太空？看不到浩瀚星河的太空旅遊能體驗什麼？〉一文裡，原想寫「當一質量為m之物體做圓形運動時，因想保持直線的慣性運動（牛頓第一運動定律）會產生要離開中心的離心力（centrifugal force）」。因為這一離心力，所以為了使該物體做圓形運動，我們必須用一個稱為「向心力」（centripetal force）的力把它拉住。這解釋聽起來很有道理，不但容易理解，也告訴我們向心力應該等於離心力，驗證了牛頓第三運動定律：作用力等於反作用力。可是，事實上筆者為了這句話思考了很久！

真的有離心力嗎？

「離心力」這個詞是荷蘭物理學家和擺鐘的發明者，以倡導光波動說聞名於物理史的惠更斯（Christiaan Huygens）在1659年提出，描述作用在圓周運動物體上的力。惠更斯相信離心力是一種真正的、作用於兩物體之間的力，它不但得到了當時德國數學家萊布尼茲（Gottfried Leibniz）的支持，牛頓最初似乎也同意這一看法。

既然如此，為什麼筆者會為了「當一質量為m之物體做圓形運動時，因想保持直線的慣性運動會產生要離開中心的離心力」這句話思考很久呢？這是因為如果我們仔細分析一下，將發現根本沒有所謂的離心力。牛頓第一運動定律告訴我們：一物體若不受外力，應該保持靜止或等速直線運動；若要改變此運動狀態，第二定律則告訴我們必須使用外力。所以要使物體做圓周運動，這個外力應該是朝向運動的中心點！對此，牛頓最後終於想通了，並於1684年提出了「向心力」一詞，描述他認為是作用在圓周運動物體上的唯一力。而其反作用力應該是作用於繩子上的力，而不是作用於該物體的。所以，並沒有所謂作用於該物體的離心力。

但怎麼可能沒有離心力呢？實驗室中用來分離化學同位素的離心機不正是利用離心力原理嗎？事實上，離心機利用的是「慣性原理」，也就是要使比較重的元素做圓周運動需要比較大的向心力，因此這些元素才會被甩掉在外圍。

離心力是一種假想力？

在完全沒有任何作用力的太空中，任何物體應該都是「漂浮」在原地不動的；如果你在這個時候往某一個方向以等加速g運動，會發現周遭的所有物體都是以g的等加速往相反方向運動。依據牛頓第二定律，你將得出質量為m的物體，其受力為mg的結論，可是我們知道該物體實際上並沒有受任何力。因此到底正確解答是什麼呢？其實，大家都對。

結論不同是因為觀點不同的關係，你是從一個等加速的體系來看這世界，而我們則是站在一個靜態的體系上來看天下。你所說的力是因為你在進行等加速的關係，並在不想破壞牛頓第二運動定律的情況下所虛構出來的一種假想，而不是由任何實體物產生的力，因此物理學家稱之為「假想力」（fictitious force）或慣性力（inertial force）。

可是問題來了：我們怎麼知道是你，而不是我們在做等加速運動呢？根據牛頓第二運動定律，物體受力所產生的加速度（a）應與其質量（m）成反比（a=F/m），可是你卻發現所有物體的加速度都一樣，所以你觀察到的「力」，應該是因為你本身加速所造成的錯誤觀念。它也不符合牛頓第三運動定律，沒有反作用力了！……【更多內容請閱讀科學月刊第623期】