第一章从亚里士多德到牛顿

有一些物理概念是很平凡的。但平凡的概念却往往不是简单的。

比如，“今天早上八点钟我在家里开始看书”，这是一句很普通的话。然而，其中已经涉及两个最基本的概念。“今天早
上八点钟”，是表示时间；“在家里”，是地点，也就是空间位置。
时间和空间可以说是最常用、最平凡的概念了。可是，若问：究竟什么是时间，什么是空间？却又不容易找到恰当的答案。是的，这是两个很难回答的问题。尽管有不少人都曾给时空下过这样或那样的定义。不过，很少是能令人十分满意的。

在讨论物理学问题的时候，一种正确的方法可能并不是从概念的“严格”定义出发，而是从分析各种概念之间的具体关系入手。因此，对于时间和空间这两个基本概念来说，重要的问题并不在于它们的“纯粹”定义，而是它们之间的关系，以
及它们与物质运动的种种联系。

还是用上面那句话作为例子。“早上八点”这个时间是以你手上的表或家里的钟作为标准的。更正确地说，是采用北
京时间。显然，这个表述是相对的，如果东京时间，它就是九点，而不是八点。这就是时间表述上的一种相对性，也就是时
间的一种属性。

北京时间。显然，这个表述是相对的，如果东京时间，它就是九点，而不是八点。这就是时间表述上的一种相对性，也就是时间的一种属性。

所谓时空观，就是有关时间和空间的物理性质的认识。时空观同自然科学的发展是密切相关的。科学上的重大变革往往伴随着新时空观的产生。甚至，在一定意义下可以反过来说，时空观的变革才是科学上大变革的基本标志。因此，如果我们要想了解在人类的认识史上从亚里士多德到牛顿，又从牛顿到爱因斯坦几次重大的进展，我们首先就应当了解他们各自的时空观。


亚里士多德的宇宙中心时“习惯”的想法会认为：那些居住在我们的对蹠点上的人不是早就“掉下”去了吗？可见，树立球形的地球观念需要克服相当大的成见所带来的阻力。从时空观的角度来评价，可以说，亚里士多德的时空观是把“上”和“下”这两个方向相对化了。我们看对蹠点的人在“下”，对蹠点的人看我们也是在“下”。也就是空间各个方向是等价的，没有一个方向是具有特别的绝对优越的性质。这就是空间方向上的相对性，提出这个观念，是人类走向科学时空观的重要一步。

是早就“掉下”去了吗？可见，树立球形的地球观念需要克服相当大的成见所带来的阻力。从时空观的角度来评价，可以说，亚里士多德的时空观是把“上”和“下”这两个方向相对化了。我们看对蹠点的人在“下”，对蹠点的人看我们也是在“下”。也就是空间各个方向是等价的，没有一个方向是具有特别的绝对优越的性质。这就是空间方向上的相对性，提出这个观念，是人类走向科学时空观的重要一步。

以哥白尼—伽利略—牛顿为代表的新科学，在时空观上的特征就是否定了亚里士多德体系中空间位置的绝对意义。哥白尼否定了地球中心是整个宇宙中心这种绝对的意义。伽利略直接了当地提出了相对性原理（在第四章中还要加以详细讨论）。牛顿则打破了“月上”和“月下”的界限，发现苹果落地和月亮绕地球运行是由同一个原因引起的，而并不是由于它们要回到自己的“天然位置”上去。因而，在牛顿的力学方程中没有宇宙中心的地位，任何时空点都是平等的。相对于任何时空点来计算，物理规律都是一样的。这就是新时空观中的新相对性。