Хорошо, силы отсутствуют, а ускорение присутствует?
Вас смущает этот факт, потому что Ваши рассуждения (по моему представлению) все время
по сути проводятся в рамках ньютоновой механики, несмотря на упоминания (вопреки упоминаниям?) об искривлении пространства и т.д. Ваш вопрос однозначно предполагает рассмотрение движения в ИСО, где движение точно описывает второй закон Ньютона. Разумеется, в таких рамках - ньютонова механика в ИСО - невозможна ситуация равенства нулю равнодействующей сил и неравенства нулю ускорения тела.
Достаточно остаться в рамках механики Ньютона и перейти к рассмотрению движения в неинерциальной СО, как второй или третий законы Ньютона нарушатся: либо будет иметь место ускорение без силы, либо будет иметь место сила (инерции) без противодействия. Попытки "восстановить непротиворечивость" такой ситуации, начиная с принципа Маха, означают уход от механики Ньютона или её обобщение; поэтому неудивительно, что в более общем случае привычные со школьной скамьи законы "не действуют" - на самом деле рассмотрение выходит за рамки их применимости.
-----------------
Давайте посмотрим на построение механики с другой стороны. Есть кинематика, описывающая исключительно геометрическую сторону движения без определения взаимосвязи характера этого движения с другими явлениями, которые принято называть взаимодействие.
Есть динамика, которая не вдается в подробности взаимодействия, но предполагает в своих построениях использование
результатов рассмотрения взаимодействия - теоретического или экспериментального. Пример "реализации" динамики - законы Ньютона. Существенным элементов этой динамики, т.е. результатом рассмотрения взаимодействия (напомню, это рассмотрение лежит
вне самой динамики) является понятие силы. Именно значение силы позволяет воспользоваться вторым законом Ньютона и рассчитать кинематические величины.
Наконец, есть часть физики, описывающая собственно взаимодействие. К описаниям на фундаментальном уровне в классической физике относятся электродинамика Максвелла
(опустим здесь проблему ее несовместимости с положенными в основу ньютоновской механики преобразованиями Галилея) и закон всемирного тяготения Ньютона - они позволяют, по крайней мере, теоретически, рассчитать силы взаимодействия тел, зная соответствующие параметры тел.
Разумеется, очень широкий спектр явлений, связанных в конечном итоге с электромагнитными взаимодействиями, описывается в макромире с помощью эмпирических законов - это явления упругости, нелинейных деформаций, газовые законы, гидродинамика, электротехника и т.д. и т.п.Есть и несколько иной подход к построению динамики - лагранжева механика. Если в ньютоновой механике "мостиком" между описанием взаимодействий и описанием движения являются
сила и
законы Ньютона, то в лагранжевой механике вместо них появляются описывающая систему
функция Лагранжа (связанная с энергией) и
принцип экстремального действия. В классической механике эти подходы оказываются эквивалентными, из уравнений лагранжевой механики можно вывести законы Ньютона; сила выражается простой математической операцией над потенциальной энергией, которая, в свою очередь, является ни чем иным, как описанием взаимодействия тел - отсюда видно, что и физический смысл обоих построений сходен. Но заметьте, что в лагранжевой механике можно обойтись без понятия силы, тем не менее рассчитать ускорения. Например, для конкретной физической системы решение уравнений движения дает такое выражение для кинематических величин:
где
и
- соответственно полная и потенциальная энергия.
Резюме. Построение вида "описание взаимодействий -> динамические принципы -> описание движения" может быть выполнено по разным схемам. Силы и законы Ньютона - один из возможных вариантов.
--------------
Однако вне зависимости от схемы построения первый закон Ньютона играет в некотором смысле выделенную роль. Это будет ясно, если сформулировать его таким образом: "
Возможно построить описание движения тел, при котором отсутствие взаимодействий обязательно означает движение по геодезической". Здесь подробности конкретной формулировки динамических принципов опущены, выделено лишь существенно важное: взаимодействие и кинематика (геометрия).
Тела (частицы), не подверженные взаимодействию, называют свободными телами (частицами). И вот тут мы обнаруживаем существенные различия в классической физике и в ОТО.
В классической физике упомянутое построение предполагается возможным в евклидовом пространстве, где геодезической является прямая линия, а движение по геодезической в пространстве-времени означает не просто движение по пространственной прямой, но и движение с постоянной во времени скоростью. Далее,
тяготение в классической физике рассматривается как
взаимодействие тел; движение в поле тяготения не есть движение свободной частицы.
В ОТО возможность построения расширяется на неевклидово пространство; здесь движение по геодезической уже не означает, что подобное движение в евклидовом пространстве будет описываться как движение по пространственной прямой с постоянной во времени скоростью. Далее,
тяготение описывается не как взаимодействие, но как геометрические свойства пространства-времени. Иными словами, тяготение в приведенной ранее схеме переходит из разряда "взаимодействие" в разряд "
геометрия". Отсюда естественным образом следует вывод, что движение при наличии тяготения и отстуствии э/м взаимодействий (опустим явления микромира) есть движение свободной частицы.
Как уже сказано, при таком рассмотрении движение по геодезической вовсе не означает, что описание этого движения в привычном нам евклидовом пространстве будет соответствовать движению по пространственной прямой во времени скоростью. Вот и получается: частица свободна (тоже, что и "силы отсутствуют"), а движение ускоренное.