Page 6 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

理运动无疑起着最基础的作用。
辩证唯物主义的物质观、运动观和时空观，符合人们的直观经验，与近现代科学观测结
果相吻合，因此得到了广泛认同。然而，这一哲学共识并没有自动成为近代自然科学的理论
范本，事实上，在近现代科学理论的构造过程中，许多论述与这一哲学共识存在着明显的偏
差，特别是物理学关于物质、运动、空间、时间等基本概念的理解，经历了从牛顿诠释到爱
因斯坦诠释的演变，至今依然存在诸多疑惑，面临许多困难。
近代物理学发端于开普勒（J.Kepler,1571-1630）和伽利略（G.Galileo,1564-1642），十七
世纪牛顿在开普勒、伽利略工作的基础上建立了完整的牛顿力学体系。牛顿力学研究的是物
体的机械运动，在描述物体的运动状态及其变化时需要依靠参考系，因为所有物体的位置移
动都是相对于某个参照物的，这就需要选择一个特殊的参考系，那就是惯性参考系。所谓惯
性参考系是指“对某一特定物体惯性定律成立的参考系”。惯性定律也称为牛顿第一定律，
是牛顿根据伽利略斜面运动实验总结成的一条最基本的动力学定律，可表述为：任何物体，
只要没有外力改变它的状态，便会永远保持静止或匀速运动状态。
伽利略在他的杰出著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中对惯性系有过精
彩的论述，他生动地讲述了萨尔维阿蒂大船的故事，通过其代言人萨尔维阿蒂之口描述了在
静止的和匀速运动的船上所见到的各种物体的运动现象：“将你自己、一些朋友和几只苍蝇、
蝴蝶或其它会飞的小动物一并关在一艘大船的甲板下的船舱内……天花板上吊一只瓶子，使
瓶内液滴逐滴滴入正下方的容器内……使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左
忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，你也无法从其中任何一种现象来确定，
船是在运动还是停着不动……尽管液滴在空中下落的过程中船已向前行驶了一段距离，但液
滴还是落入下方的容器内，丝毫不偏向船尾……蝴蝶和苍蝇仍是无拘无束地飞向各个地方，
看不出任何因疲劳跟不上船的行驶而向船尾集中的迹象……”。这里所描述的静止与匀速运
动的等效性，正是惯性系的特征，用现代术语可表述为：一个对惯性系作匀速直线运动的其
它参考系，其内部所发生的一切物理过程，都不受到作为整体的匀速直线运动的影响。或者
说：不可能在惯性系内部进行任何物理实验来确定该系统作匀速直线运动的速度。由此得出
这样的结论：对于力学规律来说，一切惯性系都是等价的，这就是所谓的伽利略相对性原理。
相对于一惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系，一个物体在两个惯性系中的时空


坐标的变换关系可以用伽利略变换式( x  x  t  ,t  )描写。而且，在一个参考系中，只
t
要某个物体符合惯性定律，则其他物体都服从惯性定律。由此可以看出，惯性不是个别物体
的性质，而是参考系，或者说是时空的性质。
就相对运动而言，问一个物体是否“真正”在运动是没有意义的。那么，如何判断物体
是处于静止、匀速运动，还是加速运动状态呢？最好的办法是找到一个特别的参考系，这个
参考系必须是严格的惯性系，最好是绝对静止不动的惯性系。牛顿的解决办法就是引入一个
绝对静止的惯性系，即绝对空间，他在《自然哲学的数学原理》的“注释”中是这样定义绝
对空间的：“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。”
同时他还定义了绝对时间：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性
而均匀地、与任何其它外界事物无关地流逝着。”牛顿认为在任何时间，每个物体都在绝对
空间中有一个特定的位置，如果一个物体从一个时刻到另一个时刻在绝对空间中改变了位
置，该物体就处于绝对运动状态，反之，则处于绝对静止状态。由此，牛顿把“绝对运动”
定义为“一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动”。他把空间看做一个三维的容
器，上帝在创造世界的时候把物质世界放在其中，这样一来，空间就是一种独立于物质的绝
对存在，超越于各种物体的空间关系之上，就像超市里的货架与商品的关系一样，区别仅在
于货架的尺寸是有限的，而空间却在每个方向上无限延伸。
牛顿引入绝对空间的概念主要是为了区别相对运动和绝对运动。事实上，按照牛顿关于

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