第七章 相对运动和绝对运动

    相对运动原理。人们有时力图把加速度定律与更为普遍的原理联系起来。任何系统的运动必须服从同样的定律，不管它是相对于固定轴而言，还是相对于做匀速直线运动的可动轴而言。这就是相对运动原理，它由于两条理由迫使我们接受：第一，最一般的经验证实它；第二，相反的假设与心智格格不入。

    于是，让我们接受它吧，并考虑一个受力的物体；相对于以等于这个物体的初始速度匀速运动的观察者，该物体的相对运动必须等同于它从静止开始的绝对运动。由此我们得出结论，它的加速度不能依赖于它的绝对速度；人们甚至企图从此推导加速度定律的证明。

    在理学学士学位的条例中，长期以来已有这一证明的痕迹。显然，这种企图是无效的。妨碍我们证明加速度定律的障碍在于，我们没有力的定义；这个障碍作为一个整体依旧存在，由于我们乞灵的原理没有向我们提供所缺少的定义。

    相对运动原理依然是极为有趣的，它本身值得为研究而研究。首先，让我们试图用精确的方式阐述它。

    我们在上面已经说过，形成孤立系统一部分的不同物体的加速度只取决于它们的相对速度和位置，而不取决于它们的绝对速度和位置，只要相对运动所参照的可动轴做匀速直线运动。或者，如果我们乐意的话也可以说，它们的加速度只取决于它们的速度差和坐标差，而不取决于这些速度和坐标的绝对值。

    如果这个原理对相对加速度为真，或者更确切地讲对加速度之差为真，那么把它与反作用定律结合起来，我们将会由此导出，它对绝对加速度亦为真。

    其次，留下要看的是，我们怎么可以证明加速度之差仅取决于速度差和坐标差，或者用数学语言来讲，这些坐标差满足二阶微分方程。

    这种证明能够从实验或先验的思考中演绎出来吗？

    回想一下我们上面说过的话，读者自己便能够做出回答。

    事实上，这样阐述的相对运动原理与我们上面所谓的广义惯性原理非常类似；但它完全不是一回事，因为它是一个坐标差问题，而不是坐标本身的问题。因此，与旧原理相比，新原理告诉我们更多的东西，不过同一讨论还是适用的，并且会得出同一结论；没有必要赘述了。

    牛顿的论据。在这里，我们碰到了一个十分重要的、甚至使人感到有些困惑的问题。我说过，相对运动原理在我们看来不仅仅是实验的结果，而且每一个相反的先验假设都会与心智格格不入。

    可是，为什么只有当可动轴做匀速直线运动时，该原理才为真呢？如果这个运动是变化的，或者无论如何它变为匀速转动，这个原理似乎应当以同样的力量强加于我们。现在，在这两个个例中，该原理并不为真。关于轴的运动是直线的而非匀速的个例，我不想多说；这个悖论经不起短暂的审查。倘若我站在车上，倘若列车碰到任何障碍物突然停下来，尽管我没有直接受到任何力的作用，我还是要相对于座位被抛到我的前方。这没有什么秘密；即使我没有经受外力的作用，可是列车本身却受到外部的冲击。当两物体中的一个或另一个的运动由于外部原因而发生变化时，在二者的相对运动中不会有什么悖谬之处。

    我愿再打量一下相对于匀速转动轴做相对运动的例子。假如天空总是阴云密布，假如我们无法观察星星，我们仍能得出地球转动的结论；我们可以从地球的扁平度，或者重做傅科摆实验了解这一点。

    可是，在这个个例中，说地球转动会有任何意义吗？如果没有绝对空间，人们能够不绕着其他东西旋转吗？另一方面，我们怎么可以承认牛顿的结论而相信绝对空间呢？

    但是，这并不足以断言，所有可能的解答对于我们来说同样是令人反感的；为了使我们明智地选择，我们必须分析在每一种情况下我们反感的理由。因此，请原谅我在下面作一较长的讨论吧。

    让我们继续我们的虚构吧：阴云遮蔽着星球，使我们无法观察它们，甚至不知道它们的存在；这些人怎样知道地球转动呢？

    无疑地，他们甚至将会比我们的祖先更坚定地认为，养育他们的大地是固定的和不动的；他们会更长久地等待哥白尼（Copernicus）的出现。但是，哥白尼最终会来到的————他是怎样来到的呢？

    在这个世界学力学的学生起初不会面临绝对的矛盾。在相对运动理论中，除了真实力外，还会遇到两个虚设力，它们被称为普通离心力和复合离心力。因此，我们设想的科学家可以把这两个力视为真实的，以此解释一切，他们不会在其中发现广义惯性原理的任何矛盾，因为这些力其一像真实的引力一样，依赖于系统各部分的相对位置，另一种像真实的摩擦力一样，依赖于它们的相对速度。

    可是，许多困难不久便会唤起他们的注意；假如他们成功地实现了孤立系统，那么这个系统的重心几乎不会有直线路程。为了说明这一事实，他们会求助于离心力，也许认为这个力是真实的，并无疑把它归咎于物体的相互作用。只是他们不可能看到，在大距离时，即就是说随着孤立程度实现得越好，这些力就变为零；绝不是这样；离心力随着距离变大而无限地增加。

    这个困难对于他们来说似乎已经够大的了；可是，困难不会使他们长期停滞不前；他们会很快地设想出类似于我们的以太的十分微妙的媒质，所有物体都沉浸在这种媒质中，媒质会对它们施加排斥作用。

    可是，这并非一切。空间是对称的，但运动定律却不会显示出任何对称性；它们应该有左右之分。例如，旋风总是向一个向指（sense）旋转，由于对称的缘故，这些旋风应该无偏向地左旋或右旋。即使我们的科学家通过他们的努力成功地使他们的宇宙变得完全对称，这种对称性也不会继续下去，尽管没有什么明显的理由表明，对称性应在一个向指上受到扰乱，而不应在另一个向指受到扰乱。

    他们无疑会摆脱困难，他们会发明出与托勒密（Ptolemy）玻璃球一样平常的东西，如此继续下去，情况愈益复杂，直到长期盼望的哥白尼说，假定地球转动更简单一些，复杂情况才被一扫而光。

    正如哥白尼向我们说过的：假定地球转动比较方便，因为这样一来天文学定律可以用更为简单的语言来描述；这位哥白尼也会说：假定地球转动比较方便，因为这样一来力学定律可以用更为简单的语言来描述。

    这并不妨碍我们坚持，绝对空间即地球上的人类为了解地球实际上是否运动必须参照的标志，并没有客观存在性。因... -->>
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