文档介绍：对爱因斯坦相对论变革时空观的思考
作者简介:王瑞(-),女,河北唐山人,天津大学在读研究生,研究方向科学哲学。
陈新亮(-),男,汉族,河北怀来人,河北北方学院艺术学院党委书记,公共管理硕士,社会科学副研究员,主要研究方向大学生思想政治教育管理。
摘要:时空观是关于时间和空间的根本看法和根本观点,是自然观的重要组成部分。在科学史上,每一次重大理论的变革往往伴随着新时空观的诞生。在牛顿力学体系中产生的绝对时空观使人们的思维机械化,世间一切皆在做机械运动。20世纪初,相对论诞生于世,从而赋予了时间和空间以崭新的概念,改变了传统的绝对时空观。相对论从根本上改变了人们对时间和空间的看法:时间和空间是紧密联系的,时间、空间和物质密不可分,时空告诉物质怎样运动,物质告诉时空怎样弯曲。相对论革新了旧的牛顿时空观,对科学和哲学产生了巨大的影响。本文先论述前爱因斯坦的牛顿绝对时空观,再阐述爱因斯坦相对论对时空理论的变革,进而说明爱因斯坦相对论变革时空观对科学和哲学的意义。
关键词:时空观;牛顿的绝对时间观和绝对空间观;相对论
时空观,顾名思义,就是对时间和空间的根本看法和根本观点,它构成了哲学上自然观的重要内容和组成部分。随着科学与社会的发展,人们对于时间和空间的认识也在不断地加深。20世纪初发生了现代物理学革命,在这个激动人心的年代里,爱因斯坦相对论的诞生彻底否定了牛顿经典力学体系的绝对时空观,深刻地揭示了时间和空间所具有的本质属性和它们与物质以及物质运动的关系,引起了时空学说的一次重大变革,形成了新的时空观并产生了深远的影响。目前学者们对于爱因斯坦相对论引起时空观变革这一问题的研究已经取得了重大成果,但是对此问题应当有个简明、清晰的系统阐述。本文预从介绍前爱因斯坦的时空观,重点介绍牛顿的绝对时空观入手,进而阐明爱因斯坦相对论变革时空观的内容和意义。
一、对爱因斯坦时空观的概述
从古至今,无论在中国还是在西方,科学上和哲学上的一个大的课题就是关于时间和空间的问题,人们总是在问时间和空间究竟是什么。中国古代就有这样的说法,古往今来为宙,上下四方为宇。显而易见,在这里,“宙”指的是时间,即过去、当今和未来以及白天与黑夜的更替、春夏秋冬的更迭,而这种时间的观念来自于平日里对自然现象的观察和经验的直觉。“宇”则指的是空间,即上下左右前后、东南西北。时间是无始无终的,空间是无边无际的。在西方,许多先哲也思考了时间和空间的问题。
(一)时空观概述
古希腊哲学家德谟克利特认为空间和时间是没有物质的时空,柏拉图则认为时间是在存在之外的。对时间和空间形成系统认识的人,最早是古希腊的亚里士多德,关于时间的问题,亚里士多德提出时间是描述
“运动”的“数”,他指出:“变化总是或快或慢,而时间没有快慢。因为快慢是用时间确定的:所谓快就是时间短而变化大,所谓慢就是时间长而变化小;而时间不能用时间确定,也不用运动变化中已达到的量或已达到的质来确定。”[1] 由此可见时间不是运动,而是描述运动的数。亚里士多德认为大地是球形的,地球是宇宙的中心。物体在宇宙中的位置具有关键的作用,每个物体都有各自的天然位置,只要没有阻挡,它们都会到达各自的天然位置。[2] 在当时教会统治人们思想的社会背景下以及当时的社会和科学发展水平,加之亚里士多德的时空观符合人们当时对自然现象的认识,以至于亚里士多德的时空观对人们的思维造成了很长时间的影响。但是,由于科学技术的进步,哥白尼提出了日心说,彻底否定了地球是宇宙中心的说法。到17世纪,伽利略提出了力学相对性原理,亚里士多德的时空观才被伽利略用明确的语言和简单的物理现象所批驳。紧随其后,牛顿提出了绝对时间观和绝对空间观。之后,康德认为时间和空间意识是人类的先天直观形式,而不是从感觉经验中得来的。当然,人们对于时间和空间性质的认识不仅仅停留在哲学层次上,关于时间和空间问题的思考也不只是哲学家所专有的事情。在科学层次上,科学家们也在不断地探索时间和空间的属性,法国科学家彭加勒认为时间和空间都不是先天的,而是为了某种目的约定的。爱因斯坦相对论时空观主要革新了牛顿的绝对时空观,因此重点介绍一下牛顿的绝对时间观和绝对空间观。
(二)牛顿的绝对时空观
牛顿站在巨人的肩膀上,综合了哥白尼和伽利略等人的科学成就,建立了牛顿经典力学体系,并且给他的经典力学理论引入了绝对时间和绝对空间的概念,创立了绝对时间观和绝对空间观。
牛顿为何要引入绝对时间和绝对空间的概念?我们又该如何理解牛顿所定义的绝对时间和绝对空间,想要弄清这些问题就要从牛顿所建立的经典力学说起了。物体的运动状态及其改变是经典力学讨论的主要对象,而万事万物的运动又都离不开时间和空间,都要在一定的时间和空间中进行。[3] 一切运动都是物