细讨论）。牛顿则打破了“月上”和“月下”的界限，发现苹果落
地和月亮绕地球运行是由同一个原因引起的，而并不是由于
它们要回到自己的“天然位置”上去。因而，在牛顿的力学方
程中没有宇宙中心的地位，任何时空点都是平等的。相对于
任何时空点来计算，物理规律都是一样的。这就是新时空观
中的新相对性。
然而，路总是一步一步走的，牛顿尽管站在了亚里士多德
的肩上。但是在他的力学中仍然引入了绝对静止的空间和绝
对不变的时间这两个概念。在《自然哲学的数学原理》一书
中，牛顿写道：“绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况
无关，始终保持着相似和不变。
”“绝对的、纯粹的数学的时间，
就其本身和本性来说，均匀地流逝而与任何外在的情况无
关。”总之，在牛顿的时空观中，空间、时间和“外在的情况”这
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三者都是相互独立的，无关的，空间的延伸和时间的流逝都是
绝对的。在这种意义上可以说，在牛顿的体系中仍然含有亚
里士多德式的绝对。
三者都是相互独立的，无关的，空间的延伸和时间的流逝都是
绝对的。在这种意义上可以说，在牛顿的体系中仍然含有亚
里士多德式的绝对。
出
26×20×10等等尺寸，之
所以能这样标出，就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影
响的本性这一点为依据的。进一步我们设想箱子无限地扩
大，这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间。
它就是牛顿的绝对空间。
牛顿是一个经验论者，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？牛顿设计了一个理想实
验，用来判断哪些运动是相对于绝对空间的绝对运动。这就
是著名的水桶实验。若有一桶水，让它做旋转运动。开始时
桶壁旋转而水不运动，水与桶壁之间虽有相对运动，但水面却
和静止时是一样的，是一个平面。以后水逐渐被桶壁带动并
且和桶壁一起旋转，此时虽然水与桶壁之间并没有相对运动，
但水面呈凹形，桶边的水面略高，中间略低。因此，即使在水
与桶没有相对运动的情况下。我们也可以判断出水桶体系究
竟有没有相对于绝对空间的转动。这个判据是：若水面平坦，
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则无绝对运动，若水面呈凹形，则有绝对的转动。这就是牛顿
提出的判别法。
则无绝对运动，若水面呈凹形，则有绝对的转动。这就是牛顿
提出的判别法。
马赫的批判
自从牛顿提出了绝对空间观念之后，就引起了一些科学
家和哲学家的思考和怀疑。
如果真的存在一个有别于其它的绝对空间，那么，物体相
对于这个绝对空间的运动就应当是可以测量的，也就是说，每
个物体都具有一个确定的可以测量的绝对运动速度。这就要
求必定存在一些物理规律，其中含有这个绝对速度。相反，如
果任何物理规律中都不含有这个绝对速度，我们就无法测量
它，也就不能感知它的绝对性。对于含有绝对速度的那些规
律来说，沿着绝对速度的方向和垂直于绝对速度的方向应当
是有区别的。换句话说，空间可能又变成各向不同性了。这
一点不仅在理论上会引起困难，而且在观测上也没有发现这
种各向异性现象。
莱布尼兹、贝克莱、马赫等人先后都对绝对时空观念提出
过异议。他们的主要基于哲学的批判性分析对于时空观的进
一步发展起了开路的作用。利用哲学思考来促进科学的研
究，马赫等人的工作是个很好的典型。许多杰出的物理学家
都十分重视并经常地进行哲学思考，在时空观的发展史上，尤
其是如此。
·7·
马赫在《发展中的力学》一书中写道：“如果我们说一个
物体
K只能由于另一物体
K'的作用而改变它的方向和速
度，那么，当我们用以判断物体
K的运动的其它物体
A、B、
C……都不存在的时候，我们就根本得不到这样的认识。因
此，我们实际上只认识到物体同
A、B、C……的一种关系。
如果我们现在突然想忽略
A、B、C……，而要谈物体
K在绝
对空间中的行为，那么我们就要犯双重错误。首先，在
A、B、
C……不存在的情况下，我们就不能知道物体
K将怎样行动；
其次．我们因此也就没有任何方法可以用以判断物体
K的行
为，并用以验证我们的论断。这样的论断因而也就没有任何
自然科学的意义。”就是这样，马赫揭示出抛开一些物质（
A、
B、C……）用所谓绝对空间来描述运动是不可能的。绝对空
间是缺乏自然科学的意义的。
根据这种观点，马赫认为牛顿水桶中水面的形式，并不反
映水桶是否相对于绝对空间有转动，而是反映水桶相对于地
球和其它天体是否有转动。水面变凹，并不是由于绝对转动
引起的，而是由于宇宙间各种物质对相对于它们转动的水桶
的作用结果。无论是水桶相对于宇宙间物质进行转动，或者
是宇宙间物质相对于水桶在转动，二者结果是一样的，因为水
面都会同样地变凹。因此，水面变凹仅仅能证明水桶与宇宙
间其它物质（
A、B、C……）之间有相对转动，而不能证明绝
时空间的存在。马赫对水桶实验的分析，表现出他不仅把匀
速运动看成是相对的（没有一个相对于绝对空间的绝对速度
存在），而且把加速运动也看成是相对的（没有一个相对于绝
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对空间的绝对加速度存在）。这个思想，在爱因斯坦发展广义
相对论时，起过重要的作用。
对空间的绝对加速度存在）。这个思想，在爱因斯坦发展广义
相对论时，起过重要的作用。
。
”(1)马赫关
于惯性及惯性力起源于宇宙间物质的相互作用的观点，被爱
因斯坦等人称之为马赫原理。尽管马赫本人在晚年并不承认
他自己是相对论的先驱，但是，客观地说，马赫对牛顿时空观
的分析和批判，确实是相对论时空观诞生前的一种启蒙。
从亚里士多德的空间方向的相对性，到牛顿体系中的位
置及时刻的相对性，再到马赫对绝对时空的批判，一代代自然
科学家逐步摆脱了人类关于时间与空间性质的种种不正确成
见，摆脱了种种似是而非的先验绝对性。爱因斯坦的工作是
这一总的历史趋势的进一步发展。在爱因斯坦的相对论时空
观中更进一步摒弃了一些我们习以为常但却并不正确的成
见。人类的时空观发展史已经使我们清楚地看到，由于我们
生活的时空范围太窄小了，因此，甚至我们对我们生活在其中
的时间及空间也还没有十分正确的认识。这就是时间空间的
物理学所能给我们的第一个有益的经验。
在下面几章，我们将更仔细地陈述从牛顿到爱因斯坦，从
经典力学到相对论这一历史性的转变过程。在读这些章节的
时候，希望读者经常回顾一下上述的历史经验：要相信科学
的分析。而不要执着于某些似乎是与生俱来的成见。
(1)许良英、范岱年编译：《爱因斯坦文集》，第一卷，商务印书馆
1976年版，
第
84页。
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