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1、牛顿的绝对时空观在牛顿的力学定律（包括惯性定律）的表达里没有明确指明，所谓“静止、“匀速直 线运动”和“运动状态的改变”是对什么参考物体来说的在牛顿力学中“力”是物体间的 相互作用，这是与参考物体无关的，不过运动状态及其改变则与参考物体有密切关系.牛顿 完全理解自己理论中存有的这个薄弱环节，他的解决办法是引入一个客观标准一一绝对空 间，用以判断各物体是处于静止、匀速运动，还是加速运动状态.牛顿承认，区分特定物体 的绝对运动（即相对于绝对空间的运动）和相对运动，也非易事.不过，他还是提出了判据.譬 如，用绳子将两个球系在一起，让它们保持在一定距离上，绕共同的质心旋转，从绳子的张 力能够得知其绝对
2、运动角速度的大小.“水桶实验”是牛顿提出的另一个更著名的实验.实验的大意如下：一个盛水的桶挂 在有条扭得很紧的绳子上，然后放手，于是如下列图：阳半顿-水钢实程-（1）开始时，涌旋转得很快，但水几乎静止不动.在粘滞力经过充足的时间使它旋 转起来之前，水面是平的，完全与水桶转动前一样.（2）水和桶一起旋转，水面变成凹的抛物面.（3）突然使桶停止旋转，但桶内的水还在转动，水面仍然保持凹的抛物面.牛顿就此分析道，在第（1）、（3）阶段里，水和桶都有相对运动，而在前者水是平的， 后者水面凹下；在（2）、（3）阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的.牛顿由 此得到结论，桶和水的相对运动不是水面凹下
3、的原因.这个现象的根本原因是水在空间里绝 对运动的加速度.绝对空间在哪里？牛顿以前设想，在恒星所在的遥远的地方，或许在它们之外更遥远 的地方.他提出假设，宇宙的中心是不动的，这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来 看，牛顿的绝对时空观是不对的.不过，牛顿当时清楚地意识到，要想给惯性原理以一个确 切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来.爱因斯坦认为，牛 顿引入绝对空间，对于建立地的力学体系是必要的，这是在那个时代“一位具有最高思维水 平和创造力的人所能发现的唯一道路”.当代的物理教科书在讲牛顿力学时，为避免“绝对空间”的提法，都采用“惯性参考 系”的概念.据考证，这想法
4、是德国物理学家朗格（L. Lange）提出的.在牛顿力学的框 架中，给惯性系下的定义是惯性定律在其中成立的一类参考系，即在此类参考系中，一个不 受外力作用的物体总是作匀速直线运动的.若要再问，怎样知道一个物体没有受到外力呢？ 回答说，此物体离开别的物体都充足远，它在惯性系中作匀速直线运动.这里似乎出现了一 个逻辑循环.不过，仔细推敲我们的表述，是可在教科书中避免这种逻辑循环的.实验说明， 在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则惯性定律将对其它物体成立.我们把惯性 参考系定义为“对某一特定物体惯性定律成立的参考系”，这时再说惯性定律成立的条件是 惯性系，就不构成逻辑循环了.从这里我们再次看
5、到，惯性不是个别物体的性质，而是参考 系，或者说，时空的性质下文即将论述，用“惯性参考系”替代“绝对空间”，仅仅回避 了牛顿力学的困难，作为阶段性的教学考虑是可取的，但是并没有真正解决问题这样，在牛顿力学的框架里，我们必须严格地区分“惯性”和“非惯性”两类参考系， 在惯性参考系内，惯性定律和其它牛顿力学定律成立；在非惯性参考系内，牛顿三定律不成 立在所有惯性参考系之间，伽利略相对性原理成立，从而它们都是平权的在非惯性参考 系内则会出现一些“反常”现象请看下面这段描绘上文提到，惯性定律是不能直接用实验严格地验证的设想有一位很严格的科学家， 他相信惯性定律是能够用实验来证明或推翻的他在水平的桌面上
6、推动一个小球，并设法尽 量消除摩擦（现代能够用气桌相当好地实现这个点），他观察到，小球确实相当精确地做匀 速直线运动正当他要宣布验证惯性定律成功时，突然发现一切突然变得反常了原来沿直 线运动的小球偏向了一边，朝房子的墙壁滚去，他自己也感到有一种奇怪的力把他推向墙 去究竟发生了什么事？原来有人和他开玩笑这位科学家的实验室没有窗户，与外界完全 隔绝开玩笑的人安装了一种机械，能够使整个房子旋转起来旋转一开始，就出现上述各 种反常现象，于是惯性定律被推翻了我们都看到，在非惯性参考系内的“反常”现象，是出现了一些莫名其妙的“力”， 即“惯性力”在通常的教科书中对“惯性力”的解释大意是这样的，假设在非惯性
7、系中的 观察者要坚持用牛顿定律来解释他所观察到的力学现象，他必须假想有某种“惯性力”存有惯性力是惯性在非惯性系里的表现，它与“真实力”有区别“真实的”力是物体间 的相互作用，施力的物体必受到受力物体给它的反作用我们说惯性力是“虚假的”，因为 不存有施加此力的物体，从而也就不存有反作用力我们在形容词“真实的”和“虚假的” 上打了引号是因为这仅仅牛顿力学的说法，在广义相对论的理论中，这种说法就不那么绝 对了在平动的加速参考系中，质点所受的惯性力f惯二-ma ,在转动的参考系中静止的原 点受到惯性离心力，以速度 v 运动的质点除受到惯性离心力外，还受到一个科里奥利力 fC二2mvx .例如，上面谈到牛顿的两球和水桶实验，涉及到的是惯性离心力.使傅科 摆摆面进动的是因地球自转引起的科里奥利力
