从牛顿定律到爱因斯坦相对论

　　从牛顿定律到爱因斯坦相对论

　　第一章从亚里土多德到牛顿

　　时空观

　　有一些物理概念是很平凡的。但平凡的概念却往往不是简单的。

　　比如，今天早上八点钟我在家里开始看书”，这是一句很普通的话。

　　“然而，其中已经涉及两个最基本的概念。“今天早上八点钟”，是表示

　　时间；“在家里”，是地点，也就是空间位置。时间和空间可以说是最常

　　用、最平凡的概念了。可是。若问：究竟什么是时间，什么是空间？却又

　　不容易找到恰当的答案。是的，这是两个很难回答的间题。尽管有不少人

　　都曾给时空下过这样或那样的定义。不过，很少是能令人十分满意的。

　　在讨论物理学问题的时候，一种正确的方法可能并不是从概念的“严

　　格”定义出发，而是从分析各种概念之间的具体关系入手。因此，对于时

　　间和空间这两个基本概念来说，重要的问题并不在于它们的“纯粹”定义，

　　而是它们之间的关系，以及它们与物质运动的种种联系。

　　还是用上面那句话为例子。“早上八点”这个时间是以你手上的表或

　　家里的钟作为标准的。更正确地说，是采用北京时间。显然．这个表述是

　　相对的，如果东京时间，它就是九点，而不是八点。这就是时间表述上的

　　一种相对性，也就是时间的一种属性。

　　如果有另外一个人，他说：“哈！我今天也是从早上八点钟开始看书

　　的，我们立即得到一个结论：这两个人是同时，即同在北京时间八点钟始

　　读书的。按照‘常识”，我们一定会认为，“同时”这个性质是绝对的，

　　而不是相对的。也就是说，如果有两件事，按照一种钟（例如北京时间）

　　来计时，它们是同时发生的，那么，按照其它任何钟来计时，它们也必定

　　是同时发生的。其实，这个习惯性的论断并不是完全正确的。上述两个人，

　　同时开始看书这一点尽管按照北京时间或者东京时间来说都是正确的，然

　　而，对一个正在高速飞行的观察者来说，当他用他的钟来计时，却发现，

　　这两个人并不是“同时”开始看书的。同时性并不是绝对的，而也是相对

　　的：对一个观察者来说是同时的两件事，对另一个观察者来说却可以是不

　　同时的。这个“违背”习惯的结论就是爱因斯坦的相对论时空观与伽利略、

　　牛顿的经典力学时空观的一个重要区别。

　　所谓时空观，就是有关时间和空间的物理性质的认识。时空观同自然

　　科学的发展是密切相关的。科学上的重大变革往往伴随着新时空观的产生。

　　甚至，在一定意义下可以反过来说，时空观的变革才是科学上大变革的基

　　本标志。因此，如果我们要想了解在人类的认识史上从亚里土多德到牛顿，

　　又从牛顿到爱因斯坦几次重大的进展，我们首先就应当了解他们各自的时

　　空观。