相对空间能否实在存在?该若何去证明?假如宇宙中的全部物资都刹时消散,空间能否还会存在?艾萨克·牛顿的谜底是必定的。在牛顿的眼中,空间就像《星际迷航》里的全息船面——一个三维的假造理想收集,下面投射有摹拟的人和物。正如牛顿在其《道理》中所写:“相对空间,就其赋性而言,与外界任何事物有关,并且永久是不异的和不动的。”
这一实际在平常生活中颇具压服力。我向东走,你向西走,但邮局仍在原地不动:参照系坚持稳定。但与牛顿同期间的德国数学家和哲学家莱布尼茨不信赖相对空间这个概念,以为假如构成宇宙的浩繁物体都消散的话,空间就不再具有任何意义。究竟上,假如将太空作为察看工具,莱布尼茨的实际会更站得住脚,由于在太空中,你能留意到的只要你和太阳的间隔,以及相互间绝对活动的浩繁行星。莱布尼茨以为独一公道的表明是,空间是“绝对的”:空间只是你与其他物体间不竭变革的间隔以及其他物体相互间的间隔,并不是“相对理想”。
这与牛顿的观点恰好相反。相对空间的影响很是简单察看,牛顿也经过扭转水桶尝试对其举行了证实。尝试听上去很复杂,但它激发了时至本日仍未遏制的关于空间、工夫、活动、加快度和力气的争辩。
从道理上讲,牛顿请求人们设想被绳索吊着的一桶水。将水桶朝顺时针偏向动弹,绳索就开端被拧紧。罢休后会产生甚么?木桶会逆时针动弹,先慢后快。与此同时,正如牛顿描绘的,“水的概况会从中间降低,并在桶壁降低,就像一个漏斗一样”。一开端,木桶和水同时动弹,终极,木桶转速变慢,并反偏向动弹;水的转速也放缓,水面渐渐归于程度。
高中生都学过的向心力与此尝试有些干系,但究竟是甚么使水沿着桶壁降低呢?牛顿以为,它不是水绝对于水桶的活动,由于当水动弹最锋利时,水的概况变革最大,与水桶同步。固然,木桶和水绝对于地球在动弹,但这也不是谜底,由于假如在太空中举行一样的尝试,成果是一样的。
在牛顿看来,对水桶尝试的独一表明是,水绝对于相对空间在扭转。这也与惯性力有关,惯性力回绝物体在活动速率和偏向上的任何变革。当水桶和水转起来时,桶壁反对了水的直线活动,使其沿桶壁推升。
为何物体自己具有惯性力?奥天时物理学家马赫信赖,任何干于活动和惯性力的表明,包含水桶中水的活动,都与宇宙中其他的物资有关。在马赫看来,地球自己也是缩小版的水桶:自数十亿年前太阳系构成后,地球就开端扭转,赤道也像扭转木桶中的水一样“凸起来”。
假如地球遏制自转,而它四周的行星和恒星环绕它动弹,赤道还会凸起来吗?
牛顿的答复能否定的:没有扭转,就没有凸起。可是马赫以为谜底取决于物体的惯性力从何而来。假如物体的惯性力是宇宙中浩繁物资发生的某种作用的成果,那末行星仍旧会有凸起,由于其他行星和恒星仍在它����四周扭转。这即是马赫的绝对实际:不止活动是绝对的,惯性力也是物体和宇宙中其他物体之间的干系。假如马赫的概念是精确的,恒星和星系,或远或近,都在某种意义上塑造了地球的外形,以及水在牛顿水桶尝试中的漏斗外型。可是马赫并没有阐明那些迢遥的恒星和星系若何阐扬本人的作用,即便到了本日,谜底仍旧很不清朗。原文地点:
年老的爱因斯坦大概是马赫最老实的读者,他积极将这一概念定名为马赫道理,并将这一道理与他的引力实际——狭义绝对论——相分离。
爱因斯坦实际的宏大乐成是对牛顿相对空间的末了一击。可是没有了相对空间,我们仍要思量若何表明牛顿的木桶尝试。在其脱销书《宇宙的机关》中,物理学家布莱恩·格林指出,虽然爱因斯坦的实际解除了牛顿的相对空间,但仍阐明时空这一四维空间布局是相对的。人们大概会在游行的继续工夫或游行步队间的间隔上有不合,可是在游行步队的终点和尽头之间的时空间隔上没有不合。这比力不可思议,由于我们不可同时看到四个维度,但爱因斯坦的实际公式能够证实这一点。
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