牛頓和愛因斯坦的時空觀,一個主張絕對一個主張相對,誰是對的?

2020-12-04 奇點使者

引言:相比起探索宇宙的範圍大小,人類在兩千多年前就開始思考什麼是時間、什麼是空間,以及兩者的關係。到了十六世紀,牛頓提出了絕對時空觀,進入20世紀愛因斯坦提出了相對論,兩種不同的觀點都解釋了時間與空間的關係。

如果現在問大多數人什麼是「時空」,相信很多人都會回答是時間和空間的集合體,這也意味著時間和空間是緊密聯繫的。這種觀點最早是從20世紀開始被人們所知曉,並且慢慢接受它成為人類現階段對時空的認知,但如果再往前追溯四五個世紀,雖然不能說那時候的人們已經對時間和空間的關係有較為清晰的把握,但是牛頓作為科學界的大牛對此提出了自己獨有的一套時空觀,那就是絕對時空觀。

翻閱歷史資料,我們會發現牛頓其實並不是對時間和空間作出定義的第一人,我國的春秋戰國時期就已經有一位名為「尸佼」的思想者提出了「下四方曰宇,往古來今曰宙」,大意就是說空間就是宇,時間就是宙,宇和宙合起來就是時間與空間的集合體。但是牛頓並不這麼認為,他在著作《自然哲學的數學原理》中提出了自己的絕對時空觀,即時間和空間是獨立的,兩者沒有任何聯繫。其中時間只會不斷地往前走,而且流逝的情況都是一樣的。

牛頓的絕對時空觀主張物體的運動不會影響到時間和空間,因此對以任何狀況運動的任何物體來說,時間和空間都是一樣的。如果在還沒有接觸愛因斯坦的相對論之前,估計很多人都會認同這一種觀點,因為我們在日常生活中感受到的就是這樣一種情況,時間對於每個人來說都是公平的,空間與時間沒有表現出任何聯繫。

但是進入20世紀後,許多科學家逐漸發現牛頓的絕對宇宙觀並不科學。先是麥克斯韋提出了麥克斯韋方程組,並且通過方程組推導出了光速方程。從光速方程中我們可以得知光速是一個恆定不變的常數,也就是說無論採用任何一種參考系,光速都保持不變。這一理論的提出對牛頓的絕對時空觀造成巨大的衝擊,但不少科學家既認同牛頓的絕對時空觀,也認同光速不變論,因此他們嘗試在這兩種理論中尋找調和的方法。

最終有科學家提出了一種名為「以太」的介質,這種介質能夠同時解釋絕對時空觀和光速不變論,但科學家們在實驗中就是找不到這種物質。在愛因斯坦接觸到這方面的理論之後,他也認同光速不變原理,但是對牛頓的絕對時空觀產生了疑問,並開始通過思考和數學演算進行推導,最終得出了狹義相對論。通過狹義相對論我們知道,愛因斯坦主張時間與空間是密切聯繫的,它們合起來應該是一個連續體而不是兩個個體。其次,相對論的核心觀點是時間並非絕對的,時間長短是相對於觀測者而言的。

也就是說,如果有一個人駕駛著一架光速飛行的飛船,那麼他在飛船上待上一分鐘,對於在地面上的人來說時間過去的肯定不止一分鐘,對此你怎麼看呢?

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  • 量子實驗得出全新時空觀,與愛因斯坦和牛頓的時空觀截然不同
    牛頓的經典時空觀,認為時間在宇宙中永遠均勻流逝,處處平等。愛因斯坦的相對論否定了牛頓的絕對時空觀,認為時間可以被改變。只要有足夠強的引力場存在,時間就可以變慢;只要運動速度足夠快,時間甚至可以完全停止流動。 儘管愛因斯坦的時空觀與牛頓的時空觀截然不同,但愛因斯坦的相對論卻並未否定時間的存在。
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    為了比較物質的時空屬性,時間屬性是物質存在過程的開始和長度,運動的速度、運動周期的相對性。佔有空間的位置和運動空間的大小範圍,及物質相對運動發生的能量和信息交往關係的時間和空間的一般屬性;具有可比較的一般性。時空觀念的絕對性,成為比較認識物質特殊的時空屬性的絕對尺度。牛頓的絕對時空能夠正確反映物質的時空屬性的一般性!
  • 經典物理學的時空框架——絕對時空觀
    那麼時間是絕對的怎麼理解呢?牛頓認為宇宙中存在著統一的時間,獨立於任何事物之外,同等地出現在任何地方。我們所用的年、月、日只不過是對絕對時間的一種描述、度量和體現,牛頓把它們稱之為相對時間,我們規定了年、月、日之後,就有了相對時間,這樣我們才能感覺到時間的流逝以及對絕對時間進行量化!什麼是時間?時間的作用是什麼?時間就是使物體的運動成為可以度量的工具!
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    06牛頓力學與伽利略變換而牛頓力學也是絕對的時空觀,牛頓在《自然哲學的數學原理》的一開頭就寫到:絕對的、真實的、數學的時間,由其特性決定,自身均勻的流逝,與一切外在事物無關;絕對空間自身的特性與一切外在事物無關
  • 相對論前夜:牛頓和麥克斯韋的戰爭
    06牛頓力學與伽利略變換而牛頓力學也是絕對的時空觀,牛頓在《自然哲學的數學原理》的一開頭就寫到:絕對的、真實的、數學的時間,由其特性決定,自身均勻的流逝,與一切外在事物無關;絕對空間自身的特性與一切外在事物無關,處處均勻,永不移動。既然牛頓力學是絕對的時空觀,而我們從絕對時空觀裡又自然地推導出了伽利略變換。
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  • 狹義相對論並沒有擺脫牛頓的時空觀
    但愛因斯坦並不這樣看,他拿來結論看看,覺得可以自己解釋一下,沒準就有人信了。其實愛因斯坦本人並沒有去詳細推敲這種變換所涉及的許多的概念,諸如時間與時鐘,尺子與長度,參照物與參照系,矢量與標量。這些貌似相似卻又截然不同的概念是最最基礎的概念,一旦混用,其結論就是偷梁換柱,荒謬荒唐。我們看看參照系,為啥會有參照系的概念?
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  • 從亞里斯多德到牛頓統一天上和地下的力,過程是這樣的!
    牛頓的原理引起了歐洲大陸哲學家們的爭議,他們認為牛頓的理論對物體運動和引力缺乏一個形上學的解釋,從而是不可接受的。從1700年左右開始,大陸哲學和英國傳統哲學之間產生的矛盾開始升級,裂痕開始增大,這主要是根源於牛頓與萊布尼茲各自的追隨者就誰最先發展了微積分所展開的唇槍舌戰,在此不作詳細說明。
  • 被問及牛頓和愛因斯坦誰更牛,埃隆馬斯克的回答引發熱議
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  • 下一個比肩牛頓、愛因斯坦的物理學大師需要解決什麼問題?
    結果話音剛落,相對論和量子力學兩大現代科學基石几乎同時誕生,那時的愛因斯坦應運而生。所以現在也一樣,新的大師也要誕生了。二,那麼比肩牛頓和愛因斯坦的大師具體需要解決什麼問題?我認為還是對時空相對性原理更深的理解上。因為從伽利略到牛頓,從牛頓到麥克斯韋再到馬赫,最後到愛因斯坦,每一次的科學上的突破都是對時空相對性問題的研究上。
  • 愛因斯坦和牛頓對科學界的貢獻誰更勝一籌?
    牛頓與愛因斯坦都是物理學界的大神級人物,科學界流傳著「一牛二愛三麥」的說法,也就是說大多數人認為歷史排名牛頓第一,愛因斯坦第二。但是在這個問題上筆者認為是仁者見仁智者見智,畢竟他們的差距實在太小了。微積分的出現,成了數學發展中除了幾何和代數意外另一個重要的分支——數學分析,並進一步發展為微分幾何、微分方程、變分法等等,這些又反過來促進了理論物理學的發展;可以說,牛頓的一生是天才的一生,戰鬥的一生,更是孤獨的一生,因為他一生未婚,全部的時間都貢獻給了科學事業(儘管他後期沉迷於神學)。