与桶没有相对运动的情况下。我们也可以判断出水桶体系究

竟有没有相对于绝对空间的转动。这个判据是：若水面平坦，

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则无绝对运动，若水面呈凹形，则有绝对的转动。这就是牛顿

提出的判别法。

则无绝对运动，若水面呈凹形，则有绝对的转动。这就是牛顿

提出的判别法。

马赫的批判

自从牛顿提出了绝对空间观念之后，就引起了一些科学

家和哲学家的思考和怀疑。

如果真的存在一个有别于其它的绝对空间，那么，物体相

对于这个绝对空间的运动就应当是可以测量的，也就是说，每

个物体都具有一个确定的可以测量的绝对运动速度。这就要

求必定存在一些物理规律，其中含有这个绝对速度。相反，如

果任何物理规律中都不含有这个绝对速度，我们就无法测量

它，也就不能感知它的绝对­性­。对于含有绝对速度的那些规

律来说，沿着绝对速度的方向和垂直于绝对速度的方向应当

是有区别的。换句话说，空间可能又变成各向不同­性­了。这

一点不仅在理论上会引起困难，而且在观测上也没有发现这

种各向异­性­现象。

莱布尼兹、贝克莱、马赫等人先后都对绝对时空观念提出

过异议。他们的主要基于哲学的批判­性­分析对于时空观的进

一步发展起了开路的作用。利用哲学思考来促进科学的研

究，马赫等人的工作是个很好的典型。许多杰出的物理学家

都十分重视并经常地进行哲学思考，在时空观的发展史上，尤

其是如此。

·7·

马赫在《发展中的力学》一书中写道：“如果我们说一个

物体

K只能由于另一物体

K'的作用而改变它的方向和速

度，那么，当我们用以判断物体

K的运动的其它物体

A、B、

C……都不存在的时候，我们就根本得不到这样的认识。因

此，我们实际上只认识到物体同

A、B、C……的一种关系。

如果我们现在突然想忽略

A、B、C……，而要谈物体

K在绝

对空间中的行为，那么我们就要犯双重错误。首先，在

A、B、

C……不存在的情况下，我们就不能知道物体

K将怎样行动；

其次．我们因此也就没有任何方法可以用以判断物体

K的行

为，并用以验证我们的论断。这样的论断因而也就没有任何

自然科学的意义。”就是这样，马赫揭示出抛开一些物质（

A、

B、C……）用所谓绝对空间来描述运动是不可能的。绝对空

间是缺乏自然科学的意义的。

根据这种观点，马赫认为牛顿水桶中水面的形式，并不反

映水桶是否相对于绝对空间有转动，而是反映水桶相对于地

球和其它天体是否有转动。水面变凹，并不是由于绝对转动

引起的，而是由于宇宙间各种物质对相对于它们转动的水桶

的作用结果。无论是水桶相对于宇宙间物质进行转动，或者

是宇宙间物质相对于水桶在转动，二者结果是一样的，因为水

面都会同样地变凹。因此，水面变凹仅仅能证明水桶与宇宙

间其它物质（

A、B、C……）之间有相对转动，而不能证明绝

时空间的存在。马赫对水桶实验的分析，表现出他不仅把匀

速运动看成是相对的（没有一个相对于绝对空间的绝对速度

存在），而且把加速运动也看成是相对的（没有一个相对于绝

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对空间的绝对加速度存在）。这个思想，在爱因斯坦发展广义

相对论时，起过重要的作用。

对空间的绝对加速度存在）。这个思想，在爱因斯坦发展广义

相对论时，起过重要的作用。

。

”(1)马赫关

于惯­性­及惯­性­力起源于宇宙间物质的相互作用的观点，被爱

因斯坦等人称之为马赫原理。尽管马赫本人在晚年并不承认

他自己是相对论的先驱，但是，客观地说，马赫对牛顿时空观

的分析和批判，确实是相对论时空观诞生前的一种启蒙。

从亚里士多德的空间方向的相对­性­，到牛顿体系中的位

置及时刻的相对­性­，再到马赫对绝对时空的批判，一代代自然

科学家逐步摆脱了人类关于时间与空间­性­质的种种不正确成

见，摆脱了种种似是而非的先验绝对­性­。爱因斯坦的工作是

这一总的历史趋势的进一步发展。在爱因斯坦的相对论时空

观中更进一步摒弃了一些我们习以为常但却并不正确的成

见。人类的时空观发展史已经使我们清楚地看到，由于我们

生活的时空范围太窄小了，因此，甚至我们对我们生活在其中

的时间及空间也还没有十分正确的认识。这就是时间空间的

物理学所能给我们的第一个有益的经验。

在下面几章，我们将更仔细地陈述从牛顿到爱因斯坦，从

经典力学到相对论这一历史­性­的转变过程。在读这些章节的

时候，希望读者经常回顾一下上述的历史经验：要相信科学

的分析。而不要执着于某些似乎是与生俱来的成见。

(1)许良英、范岱年编译：《爱因斯坦文集》，第一卷，商务印书馆

1976年版，

第

84页。

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