文档介绍：“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”
—运动的绝对性
当我们观察周围的世界,可以看到空中日月的东升西落,飞机掠空而过,
鹰击长空,虫鸟飞翔;看地上,河中流水潺潺,鱼翔浅底,江河中百舸争流,
马路上车水马龙,人群熙攘,它们都是在运动中,而路旁的树木、房舍则是
静止不动的。但是你可知道,“坐地日行八万里”,即使你坐在地上不动,
也跟着地球一日走八万里,地球也是在运动的,它一方面以每秒公里
的惊人速度绕太阳公转,另一方面还要以时速公里的速度自转,一昼夜
转一圈,一年围绕太阳走一圈。另外地球与其他星球以每秒公里的速
度绕银河系的中心旋转,所以地球根本不是静止的。那么太阳是否静止呢?
也不是的,太阳(携带着整个太阳系)以大约每秒公里的速度向着织女(天
琴座星)与帝座(武仙座星)之间某个方向(大约赤径”赤纬十”)
疾驶,其他恒星也无一不以极为巨大的速度运行。因此宇宙间万物都在运动,
运动是绝对的,而静止是相对的,如房子、树木它们是相对地静止。
那么,我们怎样来研究描述各种物体的运动呢?例如站在站台上的人看
到火车疾驶而过向前飞奔,而坐在火车上的人看到两边的景物和站在地上的
人纷纷向后退走,又如在无风的日子里,骑自行车在公路上行驶时,总觉得
风是迎面刮来,等到回程时,往往还是感到逆风,这并不是因为风向改变了,
而是在骑自行车的人看来,所有物体(路旁房屋、树木、电线杆)都在向后
闪过,空气同样也参与这种相对于骑自行车的人向后运动,这就使骑车人常
常感受到逆风疾来。又如站在地面上的人在无风的天气里看到雨滴竖直下
落,而在行驶着的火车上的人看来,雨滴不是竖直下落,而是斜向后的,雨
滴在火车车窗上留下的痕迹也是向后倾斜的。同样的雨滴运动,站在地上和
火车上的人看它的运动是不一样的。
因此我们要描述一个物体的运动,必须要先选一个参考物当作是“静止”
的,来研究运动物体的运动情况,如参考物为地球,则雨滴的运动是竖直下
落,如把行驶的火车作参考物,则看到雨滴不是竖直下落,而是向后倾斜的。
从这个意义上来讲运动是绝对的,描述运动是相对的。
描述运动的方法
——牛顿时空观
要描述一物体的运动情况,必须知道在某一时刻,该物体在某一地方,
比如,要描述火车在铁路上的行驶情况,就要知道几点几分火车在某一地方,
过一段时间火车到了另一地方。如果在相同的时间间隔内火车走的路程长,
或者在相同的路程上,用的时间短,我们说这火车跑得快。火车在某一地方
这就是火车的空间位置,什么时刻到那里,这就是描述运动的时间。时间反
映着物质及其运动的持续性、顺序性和阶段性,而空间则反映着物质的伸张
性和广延性。
时空观是人们对于时间和空间的物质性质的认识,时空观的形成,经历
了一段相当长的历史时期。时空问题是一个既抽象又实际的根本问题。自古
以来,又是哲学家和科学家十分关心和争论不休的课题。我国古代思想家们
在研究自然、探索宇宙的过程中,对时间、空间的本质及其特性提出了不少
卓越的见解,有许多即使在今天也仍然光彩夺目,令人惊叹不止。
在我国古代典籍中,最早明确提出时间、空间概念的是《管子》一书的
《审合》篇,它指出,世界万物都包纳在天地之中,而天地又包纳在表示时
间、空间的“审合”之中,“宙”即指时间,“合”即指空间。到先秦时期,
对时间和空间更有了进一步的认识。其中研究得最深入、最细致的要数后期
墨家。他们在《墨经》中对时间、空间给出了更明确的回答,“宇”即空间,
包括东、南、西、北四面八方。“久”同“宙”包括现在、过去、早晨、黄
昏。又认为事物的运动,必定经历一定的空间和时间,由此时此地,到彼时
彼地。这里比较明确地指出了宇宙空间和时间的变动是密切相连的。
在古希腊文化的兴盛时期(公元前世纪到世纪),人们不仅对物质
运动的观察中提炼出时间和空间的抽象概念,同时还对时间和空间的性质做
出多方面阐述,亚里士多德第一个全面而深刻地研究了时间和空间问题。他
认为“时间属于运动”,时间是“运动的数目”,而空间像“容纳物体的容
器一类的东西”,当它所包容的事物离开或消亡时,空间仍然留下,并不随
之消失。
到了十六七世纪,人类对时空的认识进入以哥白尼、伽利略、牛顿为代
表的绝对时空时代。在牛顿的《自然哲学的数学原理》一书中,他第一次对
时间和空间提出了明确而又抽象的论述。他写道:“绝对的,真正的和数学
的时间在自身流逝着”,“绝对的空间,就其本性而言,是与外界任何事物
无关而永远是相同的和不动的”。在牛顿看来,空间像一个大容器,它为物
体运动提供了一个场所,物体放进去也好,取出来也好,这个空间本身并不
会发生什么变化。例如:空间像放满水的游泳池,供人们游