首页 > 时间简史 > 第6章 空间和时间(1)

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牛顿把伽利略的测量当作他的活动定律的根本。在伽利略的尝试中,当物体从斜坡上滚下时,它一向遭到稳定外力(它的重量)的感化,其效应是使它恒定地加快。

牛顿引力定律还奉告我们,物体之间的间隔越远,则引力越小。牛顿引力定律讲,一个恒星的引力只是一个近似恒星在间隔小一半时的引力的1/4。这个定律极其切确地预言了地球、玉轮和其他行星的轨道。如果这定律中恒星的万有引力随间隔减小或者增大得快一些,则行星轨道不再是椭圆的了,它们就会以螺旋线的形状要么回旋到太阳上去,要么从太阳逃逸。

我们现在关于物体活动的看法来自于伽利略和牛顿。

牛顿对不存在绝对位置或所谓绝对空间非常忧愁,因为这和他的绝对上帝的看法不分歧。究竟上,即便他的定律隐含着绝对空间的不存在,他也回绝接管。因为这个非理性的信奉,他遭到很多人的峻厉攻讦,此中最驰名的是贝克莱主教。他是一个信赖统统的物质实体、空间和时候都是虚妄的哲学家。当人们将贝克莱的观点奉告闻名的约翰逊博士时,他用脚指踢到一块大石头上,并大呼道:

这一思惟初次在牛顿于1687年出版的《数学道理》(即《天然哲学的数学道理》,下同――编者注)一书中明白地陈述出来,并被称为牛顿第必然律。牛顿第二定律给出物体在受力时产生的征象:物体在被加快或窜改其速率时,其窜改率与所受的外力成比例。(比方,如果力更加,则加快度也将更加。)物体的质量(或物质的量)越大,则加快度越小(以一样的力感化于具有两倍质量的物体时只产生一半的加快度)。小汽车可供应一个熟知的例子,发动机的功率越大,则加快度越大,但是小汽车越重,则对于一样的发动机,则加快度越小。除了他的活动定律,牛顿还发明了描述引力的定律:任何两个物体都相互吸引,其引力大小与每个物体的质量成比例。因而,如果此中一个物体(比方A)的质量更加,则两个物体之间的引力更加。这是你能预感获得的,因为新的物体A可当作两个具有本来质量的物体,每一个用本来的力来吸引物体B,以是A和B之间的总力更加。而如果,比如说,此中一个物体质量大到本来的2倍,另一物体大到3倍,则引力就大到6倍。现在人们能够看到,为何落体总以一样的速率降落:具有两倍重量的物体遭到将其向下拉的两倍的引力,但它的质量也大到两倍。遵循牛顿第二定律,这两个效应刚好相互抵消,以是在统统景象下加快度都是不异的。

亚里士多德和牛顿都信赖绝对时候。也就是说,他们信赖人们能够毫不含混地测量两个事件之间的时候间隔,只要用好的钟,不管谁去测量,这个时候都是一样的。时候相对于空间是完整分离并且独立的。这就是大部分人当作知识的观点。但是,我们必须窜改这类关于空间和时候的看法。固然这类显而易见的知识能够很好地对于活动甚慢的诸如苹果、行星的题目,但在措置以光速或靠近光速活动的物体时却底子无效。

麦克斯韦实际预言,射电波或光波应以某一牢固的速率行进。但是牛顿实际已经摆脱了绝对静止的看法,以是如果假定光以牢固的速率行进,人们就必须说清这牢固的速率是相对于何物来测量的。是以有人提出,存在着一种无所不在的称为“以太”的物质,乃至在“真空的”空间中也是如此。正如声波在氛围中行进一样,光波应当通过以太行进,以是它们的速率应是相对于以太而言的。相对于以太活动的分歧察看者,会看到光以分歧的速率冲他们而来,但是光对以太的速率保持稳定。特别是本地球在它环绕太阳的轨道穿过以太时,在地球通过以太活动的方向测量的光速(当我们对光源活动时)应当大于在与活动垂直方向测量的光速(当我们不对光源活动时)。1887年,阿尔伯特・迈克耳孙(他厥后成为美国第一名诺贝尔物理学奖获得者)和爱德华・莫雷在克里夫兰的凯思利用科学黉舍停止了一个非常细心的尝试。他们将沿地球活动方向以及垂直于此方向的光速停止比较。使他们大为诧异的是,他们发明这两个光速完整一样!

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