從牛頓定律到愛因斯坦相對論

　　從牛頓定律到愛因斯坦相對論

　　第一章從亞里土多德到牛頓

　　時(shí)空觀

　　有一些物理概念是很平凡的。但平凡的概念卻往往不是簡單的。

　　比如，今天早上八點(diǎn)鐘我在家里開始看書”，這是一句很普通的話。

　　“然而，其中已經(jīng)涉及兩個(gè)最基本的概念。“今天早上八點(diǎn)鐘”，是表示

　　時(shí)間；“在家里”，是地點(diǎn)，也就是空間位置。時(shí)間和空間可以說是最常

　　用、最平凡的概念了。可是。若問：究竟什么是時(shí)間，什么是空間？卻又

　　不容易找到恰當(dāng)?shù)拇鸢浮Ｊ堑模�這是兩個(gè)很難回答的間題。盡管有不少人

　　都曾給時(shí)空下過這樣或那樣的定義。不過，很少是能令人十分滿意的。

　　在討論物理學(xué)問題的時(shí)候，一種正確的方法可能并不是從概念的“嚴(yán)

　　格”定義出發(fā)，而是從分析各種概念之間的具體關(guān)系入手。因此，對于時(shí)

　　間和空間這兩個(gè)基本概念來說，重要的問題并不在于它們的“純粹”定義，

　　而是它們之間的關(guān)系，以及它們與物質(zhì)運(yùn)動的種種聯(lián)系。

　　還是用上面那句話為例子。“早上八點(diǎn)”這個(gè)時(shí)間是以你手上的表或

　　家里的鐘作為標(biāo)準(zhǔn)的。更正確地說，是采用北京時(shí)間。顯然．這個(gè)表述是

　　相對的，如果東京時(shí)間，它就是九點(diǎn)，而不是八點(diǎn)。這就是時(shí)間表述上的

　　一種相對性，也就是時(shí)間的一種屬性。

　　如果有另外一個(gè)人，他說：“哈！我今天也是從早上八點(diǎn)鐘開始看書

　　的，我們立即得到一個(gè)結(jié)論：這兩個(gè)人是同時(shí)，即同在北京時(shí)間八點(diǎn)鐘始

　　讀書的。按照‘常識”，我們一定會認(rèn)為，“同時(shí)”這個(gè)性質(zhì)是絕對的，

　　而不是相對的。也就是說，如果有兩件事，按照一種鐘（例如北京時(shí)間）

　　來計(jì)時(shí)，它們是同時(shí)發(fā)生的，那么，按照其它任何鐘來計(jì)時(shí)，它們也必定

　　是同時(shí)發(fā)生的。其實(shí)，這個(gè)習(xí)慣性的論斷并不是完全正確的。上述兩個(gè)人，

　　同時(shí)開始看書這一點(diǎn)盡管按照北京時(shí)間或者東京時(shí)間來說都是正確的，然

　　而，對一個(gè)正在高速飛行的觀察者來說，當(dāng)他用他的鐘來計(jì)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)，

　　這兩個(gè)人并不是“同時(shí)”開始看書的。同時(shí)性并不是絕對的，而也是相對

　　的：對一個(gè)觀察者來說是同時(shí)的兩件事，對另一個(gè)觀察者來說卻可以是不

　　同時(shí)的。這個(gè)“違背”習(xí)慣的結(jié)論就是愛因斯坦的相對論時(shí)空觀與伽利略、

　　牛頓的經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀的一個(gè)重要區(qū)別。

　　所謂時(shí)空觀，就是有關(guān)時(shí)間和空間的物理性質(zhì)的認(rèn)識。時(shí)空觀同自然

　　科學(xué)的發(fā)展是密切相關(guān)的。科學(xué)上的重大變革往往伴隨著新時(shí)空觀的產(chǎn)生。

　　甚至，在一定意義下可以反過來說，時(shí)空觀的變革才是科學(xué)上大變革的基

　　本標(biāo)志。因此，如果我們要想了解在人類的認(rèn)識史上從亞里土多德到牛頓，

　　又從牛頓到愛因斯坦幾次重大的進(jìn)展，我們首先就應(yīng)當(dāng)了解他們各自的時(shí)

　　空觀。