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作者: [英] 吉姆·勒阿尔-哈利利
出版社: 上海三联书店
原作名: The World According to Physics
出版年: 2023-6

内容摘录

物理学家如何定义空间和时间？
牛顿物理学的一个重要特征就是空间和时间是真实存在的，不依赖于其中的物质和能量。但许多哲学家远在牛顿之前就思考过这个观点了。例如，亚里士多德认为没有内容的空间本身是不存在的，即没有物质就没有空间。很久以后，笛卡尔认为空间不过就是两个物体之间的距离（或叫“广延”）。根据这两位伟大思想家的见解，在空盒子里的空间仅仅因为盒子的界限才存在；如果把盒子的六个面去掉，原来盒子内部的体积就不再有任何意义。

但让我们再多探究一下这个例子。如果后来我们发现这个盒子在一个更大的空盒子里，那会怎么样呢？小盒子里的空间，在去掉六个面、成为大盒子中空间的一部分之后，还会继续存在吗？进而它必须一直是一个真实的“东西”吗？现在想象一下这个空的小盒子——说“空的”意思是没有任何东西，就是真空——要进入一个更大的真空盒子里。那么这个小盒子里的真空空间和它进入的真空空间是一样的，还是说它会从大盒子里面的空间中选一部分占据？如果把封闭的小盒子内的“真空空间”换成水，那么这个问题很容易回答：当这个盒子在更大量的水中移动时，我们知道盒子内部的水分子是相同的，只是盒子在移动时排开了外面的水。但如果没有水呢？如果我们现在去掉两个盒子的每个面，也去掉这个想象性宇宙中的其他一切，变得什么都没有，这时又会怎么样？“什么都没有”还算“有点什么”吗？存在这么个真空空间，是用来装填物质的，还是用来放入另一个盒子的？可能我只是用不同的方法问了相同的问题，但这全是因为这个问题举足轻重。

艾萨克·牛顿认为空间必须存在，好让物质和能量可以包含于其中，事件也可以发生在其中。但他认为空间只能作为真空的虚无而存在，与支配其中物质及能量行为的物理定律无关。对牛顿来说，空间就是画布，承载对于现实的描绘。因为如果没有空间——当然也没有时间——来确定事件，我们又如何能用坐标来定位事件？事件当然必须在空间中的“某一点”和时间中的“某一刻”发生。没有绝对的空间和时间，我们又如何指望锚定现实？

不过，牛顿是对的吗？我们现在能给出的答案是，既对也不对（抱歉）。从“空间就是真实的”这个意义上讲，他是对的——空间可不只是像笛卡尔认为的那样，是物体间的空当。但他说空间绝对存在，独立于它所包含的东西，就错了。

这两个表述听起来相互矛盾……直到你了解了爱因斯坦的相对论。爱因斯坦证明了，作为独立实体的绝对空间和绝对时间并不存在。但要理解这一观念的必要性，我得先向你介绍他的两个相对论。

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