牛顿时空观浅析

兰小蒙，刘 畅

(1.西北大学 哲学与社会科学学院，陕西 西安 710127;2.渭南师范学院 物理学院，陕西 渭南 714000)

《自然哲学的数学原理》(一下简称《原理》)是牛顿的代表作，在这本书中，他阐述了自己对时间的观点和空间的观点。《原理》是我们研究牛顿时空观的基础，是牛顿自然科学的代表作。在《原理·附注》中，牛顿对时间和空间做了简要但很深刻的论述，我们也主要以此来展开论述。

一、牛顿时空观的内涵

牛顿在《原理·附注》中先定义了一些在当时看来鲜为人知的物理学术语，接着由于人们经常除了可感知客体外无法想象一些量，为了消除人们的误解，牛顿对时间、空间、处所和运动等做了一些分析和说明。在对时间和空间的分析时，牛顿把时间和空间划分为其对应的两个部分，即，绝对的与相对的，从这两个方面来说明。

首先，我们来具体看看牛顿关于绝对时间和绝对空间的说明。在《原理》中，牛顿对绝对时间的描述是:“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关，又名延续。”深究其涵义，我们可以得出“绝对时间”的以下四个特性:(1)绝对时间独立存在。绝对时间是非物质性的，它不依赖于任何物体而存在，并且在自身中就已经包含了自己所需的一切规定性。与一切外在事物无关，不会因任何事物而改变、倒退，或者暂停流逝;(2)绝对时间是均匀的。这一点是说，不论在何地、何种环境下，绝对时间总是一列等差数列，它们有着同等的时间间隔。如果我们把时间比作一种介质，它就会是一种处处均匀的介质;(3)绝对时间无始、无终。任何一个确定的时间点之前或之后都存在有其他的时间点，时间是从无穷到无穷的数列，它没有开始，也不会有终止;(4)绝对时间具有一维性。牛顿说时间在“流逝”，因而它只有一个方向，它的间隔顺序是不可改变的。从牛顿其他的著作中，我们也可以看出牛顿认为时间是一维的，它只有向前，不能倒退，更不可能向其它方向发展。由于时间的这种特性，我们就可以在时间中列出事物的顺序。

在《原理·附注》中，牛顿对空间的表述是:“其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。”从这句话中，我们就可以得出“绝对空间”的三个特性:(1)绝对空间具有绝对性。绝对空间独立存在，自成一体，与一切外在的事物无关，自身的特性和规律都隐含于自身之中;(2)绝对空间是均匀的。绝对空间，即绝对的空无一物，是纯粹的“虚空”，所以它自身是均匀的，均匀的一无所有，并永远的处于绝对的静止中;(3)绝对空间永不移动。绝对空间的次序是不可易的，它是衡量事物静止或者运动的参考物，相对于绝对空间运动的物体就是唯一的绝对运动，如果它可以移动，那我们就可以说是绝对自身在移动，这与常理是不符合的。基于绝对空间的以上三种特性，我们可以概括出绝对空间绝对存在、绝对静止、绝对均匀。

以上是牛顿对于绝对时间和绝对空间的论述，与此相对应，牛顿也论述了相对时间与相对空间。通过理解，我们得知，牛顿认为相对时间就是我们所感知到的时间，它是相对的、表象的和普通的。我们可以通过相对时间来度量事物的发生次序，得出事物间的因果关系。相对时间也是运动的延续性的度量单位。我们经常用相对时间来代替绝对时间，用以衡量事物，如一个小时，一天，一月，一年等。关于相对空间，牛顿论述的比较多。牛顿认为相对空间是一个小整体，它可以在绝对空间中运动，也可以用来量度绝对空间。相对空间是可以感知的，我们根据它与物体的相对位置来感知它。但是相对空间一般不能移动，它是相对的，相对于一个具体空间而存在的，比如地表以下、大气中的空间，是确定的，有其固有的处所。相对时间和相对空间离我们的日常生活比较近，是我们时刻存在的依托和处所。

牛顿在论述时间和空间的过程中，概括出了时间和空间的本质，即时间和空间都是处所，而且牛顿主张时间和空间是它们，以及其他一切事物的处所。时间和空间是不能移动，时间的顺序和空间的次序也是不可改变的。时间和空间作为处所，被物体占据着。以上的这些就是牛顿的时间和空间的观点，以及本人的一些理解和感悟。

二、牛顿时空观的积极意义

在探讨牛顿时空观的影响的时候，我们不能忽视它产生的和形成的时代背景。牛顿的时空观形成于17世纪末期，它是那个时代综合因素影响下的产物，人们崇尚神学，信仰上帝，特别是有知识的人更是上帝的忠实信徒，自然科学也还在搜集材料的阶段，处于较低级的发展阶段，就连各门科学的专用术语都鲜为人知。在这样的时代下，牛顿提出自己的时空观就如晴天霹雳，震惊了整个学术界，成为了科学史上的里程碑式的建树。所以，不论时空观的贡献多么大，它还是带着时代的公共弊端，这是时代造成的，我们不能责难古人，因为这是他们不能掌控的。所以客观的、以一种积极的态度学习和分析牛顿的时空才是我们的主要任务。

牛顿的时空观形成于17世纪，它是17世纪以及以前的时空观的代表和最高发展，并在以后的三百多年里发挥了主导作用，即使是在科学技术有了巨大发展的今天，牛顿的时空观仍然具有重要的意义。我们可以从以下四个方面来研究牛顿时空观的积极意义。第一，牛顿的时空观把时间和空间分为绝对的和相对的，是合理的。牛顿从日常生活接触到的时空中总结除了相对时空观的概念和内涵，并进一步抽象出了绝对时空观的概念，为当时的科学发展提出了新的、更高的要求和探索空间，督促了其他自然科学家向更多的领域探索。牛顿通俗、明晰地概括出了相对时空观和绝对时空观的关系，认为相对时空可以度量绝对时空，绝对时空并不是神秘莫测、不可捉摸的东西，它通过相对时空表现出来，并通过相对时空被人们感知出来，为我们揭开了绝对时空的神秘面纱;第二，在时空观的基础上，牛顿建立了自己的力学定律和力学体系。把时空区分为绝对的和相对的，便于牛顿对具体问题的分析，在不同的领域内有不同的运动规律，不能混淆起来研究。牛顿的力学定律和力学体系几乎包含了宏观低速领域内的运动的一切形式和内容，具有高度的精确性和正确性。这一体系从最基本的运动形式开始，不仅包含了地球内部的运动，也探向了太空，包括行星、卫星，彗星等的运动方式和规律，是包含运动最多的体系，并且得出了最著名的牛顿三定律，成为三大经典力学基本运动定律的总和;第三，牛顿的时空观对当时物理学的发展发挥了巨大的作用。牛顿的时空观把时空分为绝对的和相对的两个部分来理解，化整为零，化难为易，推动了最远低于光速的范围内(这在当时是人们研究的几乎全部部分)的物理学的发展。在时空观的基础上，自然科学的各个学科都得到了飞速的发展;第四，牛顿时空观具有重要的哲学意义。首先，牛顿指出时空是客观存在、独立存在的，它们与一切外在事物无关，更不会因为我们的意志而转移，这坚持了时空观上的唯物主义。实际上，牛顿的时空观为后来的唯物主义的无限宇宙论提供了科学的依据。其次，牛顿身体力行，他对物理学规律的正确掌握和总结为我们证实了意识能够正确的反映客观存在，坚持了唯物主义可知论的立场。在此，我们也可以看到，牛顿的探索精神影响了后来的人们，成为众多人们心中的精神领袖，激励着人们不断地去奋斗和探索。再次，牛顿用矛盾对立双方相互联系、相互依存的观点来看待绝对时空和相对时空的关系问题。运用这个原理，牛顿认为相对时空是绝对时空的量度，绝对时空通过相对时空表现出来，绝对时空与相对时空相互联系，相互依存，共同存在，缺一不可。并且在一定程度上揭示了时间和空间的个别和一般、具体和抽象、现象和本质、现实的和理想化的区别和联系。

三、牛顿时空观的消极和不足

牛顿的绝对时空有着书写历史的作用，但是它也确实存在着一些消极作用和不足方面，这是他那个时代的人们所避免不了的。我们可以从以下两个方面来具体分析牛顿时空观的不足:(1)牛顿的时空观夸大了绝对的作用，而缩小了相对的作用;(2)牛顿的时空观忽视了物质和时空的联系。接下来我们做具体的分析。

一方面，牛顿把对宏观领域的运动规律夸大，运用到了整个宇宙领域，把低速条件下的运动规律当作一切速度下的运动规律。牛顿把自己的时空观绝对化，认为是在任何时候都是正确的。牛顿在当时的条件下认为自己的认识是绝对正确，适合于一切运动，没有看到运动是分空间和时间的。在我们现在看来，时间是受到外在因素的影响的，运动的速度和空间就会影响时间的变化的。这些，在以后，爱因斯坦给了我们最好的说明。

另一方面，牛顿把时空放在抽象的层面上来理解，忽视了它与物质的关系。牛顿所说的“绝对空间”，是绝对的空无一物、一无所有，试想真要是研究绝对空间会有什么意义，它不会对我们的生活有半点提升，也不会有什么启示。所以，不管是时间还是空间都应该是包含物质的时间空间，这样，我们才能正确的理解时间空间和物质的关系，正确的得出三者之间的关系。割裂了时间空间和物质的关系，牛顿解释不了运动的发生，时空的存在等等，因而只能借助于上帝这一神秘的力量来解释运动的终极原因。

总之，牛顿的时空观是宏观低速条件下对时间空间特性的一种近似反映，是一种相对真理。牛顿的时空观在人类对时空的认识史上是一个重要的里程碑，其历史功绩不容置疑。牛顿的力学及其时空观，对当时及后来的哲学也有着非常重要的影响，以致于我们可以都认为，正是牛顿的物理学中时间空间的观点折射到哲学中，使得理解牛顿的物理学及时空观成为理解当时的哲学的一个契机，成为人们的物理指向标。