一、两种不同的时空观

 

　　牛顿认为时间和空间与物质运动无关，可以脱离物质的运动而独立存在，时空的具体特性不受物质运动的影响，是绝对不变的。他写到：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为期间”；“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。时间具有绝对均匀流逝的纯粹的持续性；空间是和物质相脱离的绝对虚空的框框，物质可以充塞其中，但它本身是永远不变不动的。牛顿把自己这样理解的时间和空间，叫做“绝对时间”和“绝对空间”。

 

    爱因斯坦认为，时空是不能脱离物质而独立存在的，它是对物质运动状态的两种表达方式，没有物质的运动就没有时间和空间的存在。有人认为，一切物质运动总要经历时间和占有空间。爱因斯坦认为，不是物质的运动离不开时间和占有空间，而是时间和空间的存在离不开物质的运动，时间和空间就是物质运动的形态。时空因物质的运动而存在，也随着物质的运动而变化，是相对的而不是绝对的。

 

    二、空间的相对性

 

    爱因斯坦的空间相对性理论与常识对空间的理解极不相同，人们感到难以理解，似乎不可思议。但是如果把握住了爱因斯坦空间的本质，空间的相对性并不神秘。爱因斯坦的空间不是与物质运动无关的绝对空间，他描述的是物质运动的状态。

 

    下面我们用实例来说明：

 

    有三个运行的星球a、b、c，在某一刻a、c处于重叠状态，a、c与b处于分离状态。现在

 

    ⑴ 假如我们站在a上来看，a是静止的，我们在a上观察到，当b运行3个距离单位到a时，c离开a运行了1个距离单位，用坐标表示就是：

    在a坐标系看来，a是静止的，处于0点，b和c是运动的，当b在y轴上运行了3个距离单位到达a时，c在x轴上运行了1个距离单位。

 

　　⑵ 如果我们站在c上来观察，c在0点上，是静止的，a和b是运动的，当a沿着x轴运行到1个距离单位时，b到达a，但是b不是沿着y轴直线运行，而是运行了一条斜线.。因此，b不是运行了3个距离单位，按照勾股定理计算应是 个距离单位，用坐标系表示如下：

　　在a坐标系上看，b运行到a是三个距离单位；但是在c坐标系上看，b运行到a却不是三个距离单位，而是 个距离单位。同样是b运行到a，在不同的坐标系中，其距离是不同的，距离具有相对性，因此不同坐标系中有不同空间，空间是相对的，而不是绝对的。

 

　　⑶ 如果我们站在b上来观察，b在圆点上，是静止的，a和c是运动的，当a到达b时，c是如何运行的呢？见下图：

 

　　在b坐标系上看，a沿着轴线y运行到b，c则斜线运行到达x轴上的1个距离单位。在a坐标系和b坐标系上我们比较一下c的运行，我们就会看到在不同坐标线上c的运行距离极不相同，在a坐标系上c运行了1个距离单位，而在b坐标系上，c运行了 个距离单位，两个坐标系中的距离从而空间是极不相同的，这进一步说明空间的相对性。

 

　　有人可能会想，如果还有一个星球d,我们站在星球d上来看，我们观察到a是静止的，b和c是运动的，其运行轨迹与我们a坐标系上相同,这说明牛顿的绝对时空是存在的。但是这种情况只是表明ad两个星球在同一个坐标系中（也就是a坐标系），并不证明存在绝对空间。

 

　　三、空间的本质

 

　　空间是什么？这是一个大家最熟悉但是又是最无知的一个概念。空间是不能独立存在的，它是对物质运动的表达，没有物质的运动就没有空间，这就是空间的本质。

 

    在同一个坐标系中，同一个物质的运动具有唯一状态，因此空间是不变的，空间好像可以脱离物质的运动而独立存在着，这就是牛顿的绝对空间观。但是在不同坐标系中，同一物质的运动状态是不同的，空间是物质运动状态的表达，因此就存在不同的空间。爱因斯坦的相对空间就是对不同坐标系中物质运动状态的描述。