牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀和馬赫的批判

1、牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀和馬赫的批判牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一開頭，就以極其精煉 的語(yǔ)言提出一系列定義，為后面的運(yùn)用奠定邏輯基礎(chǔ)、其中 有：“物理的量”“運(yùn)動(dòng)的量”、“物質(zhì)固有的力” （ 按： 即慣性 ） 、“外加的力”等等接著，又以公理的形式揭出 了三大運(yùn)動(dòng)定律， 即慣性定律、 運(yùn)動(dòng)定律和作用反作用定律。 其中運(yùn)動(dòng)定律是這樣敘述的， “定律 2運(yùn)動(dòng)的改變和外加的力成正比。并且發(fā)生在外加 力的那個(gè)直線方向上?！?正如前幾節(jié)所述，牛頓這些概念和定律高度概括了前人的工 作緊接著三個(gè)定律之后，牛頓提出了 6 個(gè)推論。推論 1 和推論 2 涉及力的合成和分解以及運(yùn)動(dòng)的疊加原理，推論 3 和推論 4，得出了動(dòng)量

2、守恒定律，推論 5 和推論 6，包括了伽利略相 對(duì)性原理。這樣，牛頓就把前人的各不相關(guān)的獨(dú)立成果系統(tǒng) 化綜合在一起， 形成了有邏輯聯(lián)系的整體在這個(gè)理論體系的框架中，有一些必不可少的基本要素。牛 頓以注釋的方式寫在定義的后面，這就是他對(duì)空間、時(shí)間和 運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)關(guān)于時(shí)間，他寫道：“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在 流逝著，而且由于其本性而在均勻地，與任何外界事物無(wú)關(guān) 地流逝著，它又可名為期間'；相對(duì)的、表觀的和通常的 第 1 頁(yè)時(shí)間是期間的一種可感覺的、外部的或者是精確的，或者 是變化著的量度， 人們通常就用這種量度， 如小時(shí)、 日、月、 年來(lái)代表真正的時(shí)間” 關(guān)于空間，牛頓寫道： “絕對(duì)

3、空間，就其本性而言，是與 外界任何事物無(wú)關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的。相對(duì)空間是絕 對(duì)空間的某一可動(dòng)部分或其量度，是通過(guò)它對(duì)其他物體的位 置而為我們的感覺所指示出來(lái)的，并且通常是把它當(dāng)作不動(dòng) 的空間的。”關(guān)于運(yùn)動(dòng)，牛頓寫道： “絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)物體從某一絕對(duì) 的處所向另一絕對(duì)處所的移動(dòng) ；“真正的、絕對(duì)的靜止，是指這一物體在不動(dòng)的空間的同 一個(gè)部分繼續(xù)保持不動(dòng)?！?這就是牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。牛頓引入絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的 概念完全必要的，由此可以提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷宇宙萬(wàn)物所 處的狀態(tài)，究竟是處于靜止、勻速運(yùn)動(dòng)還是加速運(yùn)動(dòng)，才能 使“力學(xué)有明確的意義”， （愛因斯坦語(yǔ)） 為了證明“絕對(duì)運(yùn)動(dòng)”的存在，牛頓舉

4、了水桶旋轉(zhuǎn)的例 子他寫道： “如果用長(zhǎng)繩吊一水桶， 讓它旋轉(zhuǎn)至繩扭緊， 然后將水注入，水與桶都暫處于靜止之中。再以另一力突然 使桶沿反方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)繩子完全放松時(shí)，桶的運(yùn)動(dòng)還會(huì)維持 一段時(shí)間；水的表面起初是平的，和桶開始旋轉(zhuǎn)時(shí)一樣但 是后來(lái)，當(dāng)桶逐漸把運(yùn)動(dòng)傳遞給水，使水也開始旋轉(zhuǎn)。于是 可以看到水漸漸地脫離其中心而沿桶壁上升形成凹狀 （ 我曾 作過(guò)這一試驗(yàn) ） 。運(yùn)動(dòng)越快水升得越高直到最后，水與 桶的轉(zhuǎn)速一致，水面即呈相對(duì)靜止水的升高顯示它脫離轉(zhuǎn) 軸的傾向，也顯示了水的真正的、絕對(duì)的圓周運(yùn)動(dòng)這個(gè)運(yùn) 動(dòng)是可知的，并可從這一傾向測(cè)出，跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)正好相反。 在開始時(shí)， 桶中水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)最大， 但并無(wú)離開轉(zhuǎn)軸的傾向： 水既不偏向邊緣，也不升高，而是保持平面，所以它的圓周 運(yùn)動(dòng)尚未真正開始。但是后來(lái)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)減小時(shí)，水卻趨于 邊緣，證明它有一種傾向要離開轉(zhuǎn)軸這一傾向表明水的真 正的圓周運(yùn)動(dòng)在不斷增大，直到它達(dá)到最大值，這時(shí)水就在 桶中作相對(duì)靜止所以，這一傾向并不依賴于水相對(duì)于周圍 物體的任何移動(dòng)，這類移動(dòng)也無(wú)法定義真正的圓周運(yùn)動(dòng)?！?這就是著名的“水桶實(shí)驗(yàn)”牛頓用這個(gè)例子雄辯地論證了 “絕對(duì)運(yùn)動(dòng)”概念的合理性 牛頓關(guān)于“絕對(duì)空間”和“絕對(duì)時(shí)間”的概念，為他的運(yùn)動(dòng) 理論提供了一