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絕對時空英語:Absolute time and space)是牛頓自然哲學數學原理的一個概念。

目錄

起源

絕對時空這個概念源自於牛頓,牛頓認為絕對時空給予牛頓力學一個理論的基礎[1],用以描述物體在空間中的運動。牛頓認為絕對空間和絕對時間是各自「獨立」存在的物理量

內容

絕對時間(Absolute time)是不會隨着任何外部的作用或觀察者改變。相對時間(Relative time)則是會隨着外部作用或觀察者而改變,可以透過量測物體的運動的絕對時間差來決定。

根據上述的概念,可以發現絕對時間其實是不可測量的且感受不到的,牛頓認為絕對時間只能由數學的形式表達,而人類也只能透過物體的移動來觀察時間的消逝。

舉一個例子來說明,如果有一個人要測量100米短跑,那麼我們可以自由的選擇當此人在起點的時刻為0秒,但此時絕對時間為多少我們不得而知,然後以碼錶測量此人在通過終點經過的時間,便知道此人衝刺100米所需要的時間。此過程中,我們一概不知起始的和終止的絕對時間,我們只有測量絕對時間差。

絕對空間(Absolute space)是不會隨任何外部的作用或觀察者改變。相對空間(Relative space)則是會隨外部作用或觀察者而改變,它本身具有可以改變的維度,通常我們會用物體的位置來直接描述。

不同的觀點

歷史上,也有其他物理學家對於牛頓提出的絕對時空抱持不同意見。萊布尼茲認為空間只有在有參考點的時候才有意義,時間只有在有物體運動的時候才有意義。喬治·貝克萊猜測,在沒有參考點的情況下,不能說一個球體旋轉,或是2個用繩子連接的球體相對它們的共同質心在旋轉,至多說是其中一個球體相對另外一個球體旋轉。

伽利略變換給出在不同慣性坐標系之間的變換關係,這代表絕對時空的說法其實是不必要,因為我們只需要選定一個慣性坐標系,便可知道在其他慣性坐標系的結果,而且沒有一個慣性坐標系可以被獨立出來。

另外,恩斯特·馬赫提出馬赫原理[2],當中的內容提到,在沒有參考點的情況下,討論物體的慣性是沒有意義的,也再次說明絕對時空是不必要的概念。馬赫原理隨後在愛因斯坦關於廣義相對論的論文中被強調且命名。

愛因斯坦和相對論

時間和空間一直被認為是2個獨立的物理量,直到狹義相對論被提出,狹義相對論賦予時空新的概念,其中相對同時的出現否定了絕對時間的存在,因為事件發生的時間跟觀察者的速度還有事件發生的位置有關係。

廣義相對論更進一步用測地線的概念建立時間和空間的關係。此時,時間和空間的關係變得更為具體。

總結

牛頓絕對時空的概念,因為「絕對」的物理量本身不可測量,加上「相對」物理量,雖然隨着觀察者改變,但是不同觀測結果之間存在直接的變換關係,而變得不必要。

視頻

絕對時空 相關視頻

牛頓的絕對時空觀

參考文獻