牛顿的时空观
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牛顿的时空观
Newton
< br>的绝对时空概念，只是
Newton
对时空的一种数学抽
象，这从“绝对的、真正
的和数学的时间自身在流逝着，
”可以
十分明显地看出
.
其中‘数学’二字表明
Newton
怕别
人误解而特意指明绝对时间是一种数学的抽
象
.Newton
的相对时空概念，是整个
Newton
力
学体系中的不可分割的组成部分
.
牛顿认为：
“相对空间是绝对空间的可移动部分
或量度，
我
们的感官通过绝对空间对其他物体的位置而确定了它
，并且通常把它当作不动的空间看待
.
如相对于地球而言的地下
，大气，或天体等空间就都是这样来确定的
.
”可见，牛顿的相
对
空间概念与我们今天的相对空间概念，没有什么不同
.
牛顿清醒地认识到，我们周围的空间
都是相对空间
.
牛顿还深刻地认识到，
相对空间是表观的，
在表观的相对空间的背后或内部，
隐藏着真正的空间，这就是绝对空间
.
从
Newton
力学的基本定律和概念出发，就一定要求有一个相对的实际可用的时空
概念
.
物体的位置移动，就要求空间“空”
；物体的静止
，就要求空间保持相对的
“不动”
；
物体的匀速运动，就要求空间
“平直
”
、
“均匀”
；而且还要求时间相对的
均匀，没有太明
显的快慢节奏
.
反过来
，
只有相对时间和空间概念才能保证
Newton
力学规律的有效性和可操
作性
.
在
Newton
的力学定律（包括惯性定律）的表达里没有
明确指明，所谓“静止”
、
“匀速
直线
运动”
和
“运动状态的改变”
是对什么
参考物体而言的，
只要具体情况具体指定就可以
.
在
Newton
力学中“力”是物体间的相互作用，
这是与参考物体有关的，运动状态及其改变
的参考物体就是原参考物体
< br>.Newton
完全了解自己理论中存在有一些薄弱环节，
他的解决办
法是引入一个客观标准——绝对或相对空间，
用以
判断各物体是处于静止、
匀速运动，
还是
加速运动状态
.
Newton
承认
，区分特定物体的绝对运动（即相对于绝对空间的运动）和相对运动，
也非易事
.
不过，
Newton
是一个经验论者，他不能容忍在他的体系中存在先验的观念
.
他
认
为，物理的实在必须是能被感知的
.
那么，如何来感知他所规定的“绝对空间”呢
?Newton
设
计了一个理想实验，用来判断哪些运动是相对于绝对空间的绝对运动
.
< br>这就是著名的水桶
实验，见前面的文章——运动的绝对性与相对性
.
绝对空间在哪里？
Ne
wton
曾经设想，在恒星所在的遥远的地方，或许在它们之外
更遥远的地方
.
他提出假设，
宇宙的中
心是不动的，
这就是他所想象的绝对空间
.
从现今的观
点来看，
Newton
的宇宙的中心是不对的，
因为宇宙没有中心
.
< br>不过，
Newton
当时清楚地意识
到，
要想给惯性原理以一个确切的意义，
那就必须把空间作
为独立于物体惯性行为之外的原
因引进来
.Einstein<
/p>
认为，
Newton
引入绝对空间，
对于建立他的力学体系是必要的，
这是在
那
个时代“一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路”
.
爱因斯坦看到牛顿力学是建立在绝
对空间概念基础上的，
空间
（也含时间）
在牛顿力
学那里起着双重的作用，“首先，它们起着物理学中所出现的事件的载体或者
构架的作用，
事件是参照这种载体或构架用空间坐标和时间来描述的
.
原则上，物质被看作是由‘质点’
所组成的，
质点的运动构成了物理事件
.
……空间的第二个作
用是作为一种“惯性系”
.
此惯
性系之
所以被认为比一切可想象的参照系都优越，
就是因为对它们来说，
惯性定律必定是成
立的
.
牛顿完全清
楚地认识到，在他的体系中，空间和时间正如同质点一样是实在的东西
.
因为如果人们除了物体之外，
不承认空间和时间也是实在的东西，
那么惯性定律和加速度概
念就完全失去了意义
.
‘加速’只不过是意味着相对于空间的加速
.
牛顿物理学的特征在于
它不得不认为空间和时间象物质一样，
都是独立而实在的存在，
这是因为在牛顿运动定律中
出现了加速
度的观念
.
但是，在这理论中，加速度只能指‘对于空间的加速
度’，为了使人
们能把那个出现在运动定律中的加速度，
看作一
个具有任何意义的量，
牛顿的空间因而必须
被认为是静止的，或
者至少是‘非加速’的
.
对于时间也差不多一样，时间当然也同
样进入
加速度概念里
.
说一定要认为空
间本身和它的运动状态都同样具有物理实在性，对此，牛顿
自己和他同时代的最有批判眼
光的人都是感到不安的；
但是，
如果人们要想给力学以清晰的<
/p>
意义，在当时都没有别的办法
.
当牛顿说
空间是绝对的时候，他无疑是指空间的这种实在的
意义，
这使他
必须把一种完全确定的运动状态加给空间，
而这种运动状态看来是不能由力学
现象完全确定下来的
.
”
当代的物理教科书在讲
Newton
力学时，为避免“绝对空间”的提法，都采用“惯
性参考系”<
/p>
的概念
.
据考证，这想法是德国物理学家
朗格（
）
提出的
.
在
Newton
力学
的框架中，
给惯性系下的定义是惯性定律在其中成立的一类参考系，
即在此类参考系中，
一
个不受外力作用的物体总
是作匀速直线运动的
.
若要再问，怎样知道一个物体没有受到外
力
呢？在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则惯性定律将对其它物体成立
.
我们把
惯性参考系定义为“对某一特定物
体惯性定律成立的参考系”
，从这里我们再次看到，惯性
不是个
别物体的性质，而是参考系，或者说，时空的性质
.
用“惯性参
考系”替代“绝对空
间”
，
只是回避了
Newton
力学的困难，
但是并没有
真正解决问题
.
这样，
在
Newton
力学的框
架里，我们必须严格地区分“
惯性”和“非惯性”两类参考系，在惯性参考系内，惯性定律
和其它
Newton
力学定律成立；在非惯性参考系内，
Newt
on
三定律不成立
.
在所有惯性参考<
/p>
系之间，
伽利略相对性原理成立，
从而它
们都是平权的
.
在非惯性参考系内则会出现一些
“反
常”现象
.
在普利高津看
来，在近代科学的经典
——
牛顿力学中，时间作为一个描述运动
的
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