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，今天早上八點鐘我在家里開始看書”，這是一句很普通的話。

　　“然而，其中已經涉及兩個最基本的概念。“今天早上八點鐘”，是表示

　　時間；“在家里”，是地點，也就是空間位置。時間和空間可以說是最常

　　用、最平凡的概念了�？墒�。若問：究竟什么是時間，什么是空間？卻又

　　不容易找到恰當的答案。是的，這是兩個很難回答的間題。盡管有不少人

　　都曾給時空下過這樣或那樣的定義。不過，很少是能令人十分滿意的。

　　在討論物理學問題的時候，一種正確的方法可能并不是從概念的“嚴

　　格”定義出發，而是從分析各種概念之間的具體關系入手。因此，對于時

　　間和空間這兩個基本概念來說，重要的問題并不在于它們的“純粹”定義，

　　而是它們之間的關系，以及它們與物質運動的種種聯系。

　　還是用上面那句話為例子。“早上八點”這個時間是以你手上的表或

　　家里的鐘作為標準的。更正確地說，是采用北京時間。顯然．這個表述是

　　相對的，如果東京時間，它就是九點，而不是八點。這就是時間表述上的

　　一種相對性，也就是時間的一種屬性。

　　如果有另外一個人，他說：“哈！我今天也是從早上八點鐘開始看書

　　的，我們立即得到一個結論：這兩個人是同時，即同在北京時間八點鐘始

　　讀書的。按照‘常識”，我們一定會認為，“同時”這個性質是絕對的，

　　而不是相對的。也就是說，如果有兩件事，按照一種鐘（例如北京時間）

　　來計時，它們是同時發生的，那么，按照其它任何鐘來計時，它們也必定

　　是同時發生的。其實，這個習慣性的論斷并不是完全正確的。上述兩個人，

　　同時開始看書這一點盡管按照北京時間或者東京時間來說都是正確的，然

　　而，對一個正在高速飛行的觀察者來說，當他用他的鐘來計時，卻發現，

　　這兩個人并不是“同時”開始看書的。同時性并不是絕對的，而也是相對

　　的：對一個觀察者來說是同時的兩件事，對另一個觀察者來說卻可以是不

　　同時的。這個“違背”習慣的結論就是愛因斯坦的相對論時空觀與伽利略、

　　牛頓的經典力學時空觀的一個重要區別。

　　所謂時空觀，就是有關時間和空間的物理性質的認識。時空觀同自然

　　科學的發展是密切相關的。科學上的重大變革往往伴隨著新時空觀的產生。

　　甚至，在一定意義下可以反過來說，時空觀的變革才是科學上大變革的基

　　本標志。因此，如果我們要想了解在人類的認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展，我們首先就應當了解他們各自的時

　　空觀。