牛顿1643－1727年

牛顿的推理和假说

对于所谓‘宇宙基准’问题，

牛顿曾说，宇宙是由数目众多的星云和星际物质

（主要是气体）组成。

如果宇宙的大小和物质的总量是有限的话，

那么可以设想总质量的‘重心’，

应该存在于宇宙的某处。

所谓重心，简单说来就是

物体支撑在地面上能保持平衡的那点。

从力学的角度考察，

如果作为宇宙基准的这样的物体存在的话，

那么它就是宇宙的重心。

牛顿把相对于基准物体的运动叫做绝对运动。

牛顿生前并没有指出宇宙的重心在哪儿，

这个理论不过是一个假说而已。

牛顿去世后，这个理论正确与否，引起了后人的讨论。

二、质能关系

从‘时空概念’、‘质能关系’到‘宇宙结构’等，

相对论所涉及的范围是很广的。相对论的成果，

不仅仅限于揭示时空的概念，

它还第一次阐明了质量与能量之间的关系。

三、相对论的创立背景

           ——“以太”假说

宇宙空间看起来是空虚的。

那么到底是什么东西，充满了宇宙空间呢?

从古希腊时代开始，就不断有人考虑这个问题。

亚里士多德曾认为，天体及天体之间充满着大气。

牛顿在发现万有引力时，也曾说:

"如果认为万有引力

是通过一无所有的空虚缥缈的空间起作用的话，

我认为这是荒唐可笑的。”

但是牛顿对此想法，没有进行更深入的探讨。

以后，人们都习惯地认为，

两个物体之间的万有引力

是通过空虚的空间直接起作用的。

换言之，当万有引力在两个物体间起作用时，

这两个物体之间的空间与万有引力作用毫无关系。

这种想法，可以叫做——力的"直接传递说”。

1、“以太”假说

物理学史上，最早把‘以太’，

看成是充斥在空间的物质，

荷兰物理学者惠更斯(1629-1695)曾认为，

“光”就是一种在“以太”中发生的弹性波。

英国物理学者法拉第（1791－1867）同样认为，

带电物体之间的电作用和磁作用，

是在“以太”媒质中发生的。

当时人们认为，光与声波一样，都是一种波。

如果是波，就应该存在一种传播它的介质

（介质就是指波状运动借以传播的物质。

比如，声音的介质是空气；海浪的介质是海水……）。

宇宙里没有象地面那样的空气，

光却能到达地球

（网友释注，宇宙是个无限大的空间,到目前为止，

人类还不能认识其‘亿分之一’,

不能下结论说，只有地球上有空气。

在别的星球上，只要有合适的环境，

照样可以有空气的存在,不一定只是地球才有空气，

其他星球也不一定没有空气，只是现在还有没发现）。

当时认为，宇宙中存在能传播光的介质。

由此设想：填充宇宙空间的未知介质是“以太”。

就是说，

就像地球上存在空气一样，宇宙里存在着“以太”。

2、“以太”被看成宁静的海洋

当时的物理学家认为，

“以太”或许有与普通物质不同的特点。

普通物质都是分子集合体，

分子由原子组成，原子则由原子核及核外电子组成。

原子是一种间隙很大的结构。

假如把一个原子的直径，放大到1公里（2华里），

那么原子核只不过是直径约1厘米的球体，

在它的周围有1厘米大小的电子，

在绕核飞转着

（实际上，电子半径的大小不会超过10的-13次方m）。

从比喻意义上说，

在直径1公里的巨大立体空间里，

只有一些1厘米那么小的极微在旋转。

所以，我们简直可以近似地认为，

这个空间几乎是空虚的。

原子核与电子是由电磁力的作用而结合成原子的。

当时就认为，在原子的空间，

或许存在着以‘电磁力’作为媒介的“以太”。

“以太”被看做是宁静的海洋，

它无处不在，充满整个宇宙，

而且在宇宙中保持静止。

过去的物理学家认为，

“以太海洋”是相对于‘宇宙的重心’

保持着静止状态。正如有的学者形容的：

“如果把宇宙比喻成一个‘金鱼缸’，

以太海就是‘金鱼缸’的水。

而在以太海中运动的‘地球’，

就仿佛是在水中游动的‘金鱼’。”

（《相对论浅说-宇宙时代的常识》[日]猪木正文）

正如以‘水’为基准，

来考虑‘金鱼’的运动和静止最为方便，

以“以太海”为基准,

来考虑‘地球的运动’也容易理解。

前面，我们曾提到，

古典力学中的“绝对静止空间”及“坐标系”，

现在，让我们复习一下什么是"坐标系”。

“坐标系” coordinate  system指的是

用来测量静止或运动物体的位置及时间基准的。

简单地说，“坐标系”是用来把握空间及时间的一种图示 。

这种坐标系，不仅可以包括空间（X轴、Y轴、z轴），

并且在也可以包括时间。

在数学中，是一种‘n个数’的序列，

可以被理解为一个n维空间中的位置。

当n=4时，所有这些位置的集合，就叫‘四维空间’。

这种空间，与我们熟悉并在其中快乐生活的三维空间不同，

因为它多了一个维数。《四维空间 百科资料》

过去人们曾假设，

‘以太’有一个无形的不会变动的坐标系，

那就是‘绝对静止的空间’，

而‘天体’就飘浮在这个‘绝对静止的空间’。

如果把宇宙比作一个超巨玻璃缸，

里面充满看不见、摸不着的、静止不会动的‘以太’水，

超巨‘玻璃缸’的边儿，就是固定的隐形坐标系。

这就是牛顿的绝对性物理学观点。

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