近代的伽利略和牛頓眼中的「時間」與「空間」的關係

時間和空間是物質固有的一種存在形式，即時間是物質運動的延續性、間斷性與順序性，其主要的特徵就是具有一維性，即不可逆性；而空間則是一個物質的廣延性與伸張性狀態，是一切物質的系統內各個要素之間相互共同存在和相互作用的唯一標誌。

時間、空間與運動之中的物質相互作用且不可分離。

時間、空間

在我們現代理論物理的科學上，關於時間和空間的這兩大物理學概念分別是來自於伽利略和牛頓這兩個偉大的科學家之手。當然在此之前，古希臘時期的亞里斯多德也曾說過：「物體的自然狀態是靜止的，並且只存在於受到力或者是衝擊作用時才有的運動。這樣，那些較重的物體會比那些較輕的物體下落的時間要更快，因為較重的物體受到更大的力因而被拉向了地球。」

同樣他還說過：「人們的純粹思維可以找到制約宇宙的定律，而不須用觀測去檢驗這些。」

伽利略這樣說道反映出了其並不相信亞里斯多德的說法和觀點。據近代歷史的資料記載，伽利略曾在義大利的比薩斜塔上進行過一個著名的實驗，即他將兩顆不同質量的大小鐵球同時從塔上丟下，從而最終得到了一個結果卻是這兩顆質量不同的大小鐵球卻同時著地。經過這次實驗後，伽利略便得出了一個非常著名的結論，那就是他認為不管物質的質量是多少，其自身的速度增加的速率是一樣的。

比薩斜塔

當然，一個鉛球要比起一片羽毛下降的速度更快，那是因為由於空氣的環境存在對羽毛的施加了阻力所造成的。而在現代時期，一位著名的美國太空人大衛·斯高特曾在月球的表面上，進行過與伽利略類似的一次自由落體實驗的活動，他也將不同質量的羽毛和鉛球放在月球上進行丟落，結果發現了月球的表面上因為沒有空氣的環境阻礙，使得這兩個不同質量的物質個體竟同時落到了月球的表面上。

在歷史上，伽利略的測量實驗曾被牛頓等人當做是一個引力運動定律的基礎。在當時的《自然哲學的數學原理》文中，牛頓曾以公理的形式向人們提出了物質運動的三大定律，同時他還發現了「萬有引力」的定律，即任何兩個物質的個體都相互吸引，其引力的大小與每個物質的個體之間的質量都成正比。

「如果其中的一個物質個體的質量加倍，那麼這兩個相互吸引的物質個體間的引力也會加倍。」

萬有引力

因而在牛頓的這個定律中，牛頓曾經還說過物質的個體之間相互吸引的距離越遠，那麼他們之間的相互作用就會越小。因此牛頓所提出來的這個定律精確地預言到了我們地球和月球，以及包括太陽系之中所有的其他宇宙天體之間的運行軌道。

在牛頓的這個「萬有引力」的理論框架之中，牛頓則以注釋的方式闡明了他本人對時間、空間以及物質運動的主要思想和觀點。

牛頓認為時間是「絕對的、真正的和數學的時間自身在流逝著，而且由於其本性在均勻地、與任何其他外界事物無關地流逝著，它又可被稱之為『期間』；而相對的、表觀的和通常的時間，就是『期間』的一種可感覺的、外部的或者精確到、或者是變化著的一個量度，人們通常就用這種量度，比如小時、日、月、年來表示真正意義上的時間。」

牛頓

而牛頓對於空間的看法則是「絕對的空間，就其本性而言，它與外界任何事物無關且永遠是相同的和不動的。相對的空間是絕對空間的某一可動部分或者是其量度，它通過對其他物體位置的存在而為我們的感覺所指示出來，並通常把它們當做一個不動空間來看。」

對於物質的運動，牛頓對其的理解是「絕對的運動是某一個物體從某一絕對的處所向另一個絕對的處所進行的移動。

在牛頓的「萬有引力」理論中，他認為時間是獨立於其他萬物而存在，而時間的存在形態仿佛就像是在兩個不同的方向上進行了一個無限延伸的鐵軌一樣。

在近代歐洲文藝復興時期，牛頓的這個理論讓當時的幾何與藝術實現了有機的結合，特別是透視法的使用，讓當時的人們對製作測量觀測的儀器越來越感興趣。1525年間，著名的科學家丟勒編撰了一部《測量論》的書橫空出世，在這部書中他詳細的論述了關於三維立體圖形的正面圖與正視圖的結構組成，從而大大地推動了當時的歐洲建築學與工程學的發展。

歐洲城市建築

對於牛頓的「萬有引力」其他的理論方面，我們將其稱作是一個經典力學的黃金時代，即「古典力學」時期。

牛頓的「萬有引力」是力學理論中的一種，這個理論以牛頓三大運動定律為基礎，是我們對宏觀世界與低速狀態下的物質運動進行研究的規律之一，所以我們又將這個理論稱之為「牛頓力學」。

「宏觀」是相對於原子等微觀領域的粒子而言的，「低速」則是相對於光速運動而言的。

機械運動

當然，還有一種運動就是「機械運動」，這個物質的運動是當今自然界裡所有運動的基本形式。機械運動亦即為「力學運動」，是自然界中一個物質的個體在時間、空間之中相對的位置變化上，產生了一系列包括移動、轉動、流動、振動、波動、變形以及擴散等形式的運動形態。

而除此之外，物質的個體運動還包括了其他領域的運動形態，比如熱運動、電磁運動、原子和其內部的物質運動及其他物質的化學運動等。

「力」就是物質之間的一種相互作用，機械的運動狀態變化也是由這種相互作用而引起的。那些靜止和運動狀態下不變的物質，則意味著各自的作用力是某種意義上的力量平衡。因此，「力學」可以說是一種「力」與機械之間的唯美運動科學。

地月之間的引力環境

「運動」是一個多義詞，它在現代物理學上來講就是一個物質的運動與物質自身所存在的位置而產生的一個變化的過程。當人們騎著車子進行遊玩時，那這個人與車子之間對地面或者是身邊的參照物都有了一個相對位置上的不同變化，這個物質的位置變化則被稱之為「機械運動」。

「力學」是一個物理學當中發展最早的理論科學，它的存在對我們人類的日常生活息息相關。

在幾千年前的古代時期，當時的人們就在生產勞動中應用了槓桿、螺旋、輪滑以及斜面等最為簡單初始的機械運動模式，從而促進了當時人類文明的發展。

古埃及文明

古希臘時期，「力學」的理論就已經開始形成了比重和重心的力學概念，並且還出現了一個「槓桿原理」的理論觀點。而當時的阿基米德，便就是於公元前200多年前提出來一個名叫「浮力的原理」理論，雖然這個概念尚屬於早期的「力學」理論萌芽狀態，但也為後世的「力學」理論發展打下了一個堅實的基礎。

16世紀以後，由於人類在航海、戰爭以及工業化大生產上的需要，早期「力學」的研究便得到了極大的推動和重大的發展。例如鐘錶工業的發展促進了「力學」勻速運動的理論出現，水磨機械的作用促進了摩擦與齒輪之間相互傳動的研究，而近代的火炮應用也極大的推動了彈道拋射線的物理測繪研究。

而在著名的天文學領域裡，宇宙天體運行的規律則為「力學」機械運動提供了一個最為單純、最為直接以及最為精確的研究方向，即使得當時的人們排除了地球大氣環境的幹擾，對宇宙天體的運動規律得到了最初步的觀測和認識。

天文觀測

此後天文學的發展便為「力學」找到了一個最為理想的實踐舞臺。

當然，天文學的大發展也促進了航海事業的進步。16至17世紀時期，歐洲資本主義的生產方式開始逐步興起，資本家們對海外的貿易和殖民地的擴張刺激了近代航海事業的前進，他們因此便提出了對天文科學做出更多系統性觀測的研究要求。

而近代的一位著名科學家第谷便順應了這一時代的潮流，以畢生的精力去收集了大量的天文觀測的研究資料，為後世克卜勒的天文學研究做好了充足的準備，而克卜勒本人則分別於1609年和1619年之間先後提出了宇宙天體運行的三大定律，即為克卜勒三大行星運動的基本定律。

與此同時，當時以伽利略為首的物理學家們則對「力學」的研究展開了廣泛的探索，並在之後得出了自由落體運動的科學定律。

伽利略

為此伽利略專門發表了兩部《關於託勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》以及《關於力學與運動兩種新科學的對話》的理論著作，為現代「力學」的發展奠定了新的思想基礎。

隨後，後世的牛頓則根據伽利略的理論把天體運行的規律與地球上的實驗研究成果加以相互結合，從而進一步得出了一系列新的「力學」理論的基本規律，建立起了以牛頓三大運動定律和「萬有引力」理論為主的科學學說。

牛頓通過自己所建立起來的「力學」體系經過了當時的科學家伯努利、拉格朗日以及達朗貝爾等人的推廣後，迅速形成了一個系統性完善的現代「力學」理論體系，並取得了近代時期以來廣泛的科技應用，極大的推動了當時的物理學流體力學、彈性力學以及分析力學的研究和進步。

到了18世紀以後，經典力學的理論體系應用已經到了相當成熟的地步，並逐步的向現代時期的「力學」理論演化成為了一個自然科學中最為領先和主導的理論科學。

對於伽利略和牛頓的豐功偉績，對我們現代物理科學的發展起到了不可估量的影響，他們把人類科學的思維與實驗研究的手段正確的結合在一起，為後世的「力學」研究開闢了一個正確的發展路徑。