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3.马赫的批判

列宁曾经指出：“判断历史的功绩，不是根据历史活动家没有提供现代所要求的东西，而是根据他们比他们的前辈提供了新的东西”.爱因斯坦在《狭义和广义相对论浅说》“科学从科学发展前的思想中将空间、时间和物质客体（其中重要的特例是‘固体’）的概念接收过来，加以修正，使之更加确切”.

物体的运动性质和规律，却与采用怎样的空间和时间来度量它有着密切的关系.相对于绝对空间的静止或运动，才是绝对的静止或运动.只有以绝对空间作为度量运动的参照系，或者以其他作绝对匀速运动的物体为参照物，惯性定律才成立.即不受外力作用的物体，或者总保持静止，或者总保持匀速运动.这一类特殊的参照系，被称为惯性参照系.任何两个不同的惯性参照系的空间和时间量之间满足伽利略变换.在这种变换下，位置、速度是相对的，即相对于不同参照系其数值是不同的：长度、时间间隔是绝对的，即相对于不同参照系其数值是不变的，同时性也是绝对的.相对于某一惯性参照系同时发生的两个事件，相对于其他的惯性参照系也必定是同时的.另外，Newton力学规律在伽利略变换下保持形式不变，这一点符合伽利略相对性原理的要求.正是这个相对性原理，构成了对Newton的绝对空间概念的怀疑的起点.如果存在绝对空间，则物体相对于这个绝对空间的运动就应当是可以测量的，这相当于要求在某些运动定律中含有绝对速度.然而，相对性原理要求物体的运动规律中必定不含有绝对速度，亦即绝对速度在原则上是无法测定的.莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，指出过没有证据能表明Newton绝对空间的存在.但是，绝对时间和绝对空间毕竟是人为的抽象，经不起实践的检验和严密的审查.二百多年来，引起过不少人的怀疑和争议.

1883年马赫出版了他的《力学及其发展的批判历史概论》，对牛顿《原理》中一些重要的力学思想，进行了影响极其深远的批判.马赫批判说：“牛顿再次违背了他表达的仅仅研究实际事实的意图.没有一个人有能力断定关于绝对空间和绝对运动的东西……我们的一切力学原理都是关于物体的相对位置和相对运动的经验知识”；“通过……旋转水桶讨论，他[牛顿]确信能够证明绝对运动”；牛顿“使惯性定律参照特殊的绝对空间是不必要的”；“‘绝对运动’是一种毫无内容的、不能在科学中使用的概念”；“牛顿使全部力学参照绝对空间”！马赫不同意把惯性看成是物体固有的性质，认为在一个孤立的空间里谈论物体的惯性是毫无意义的，提出惯性来源于宇宙间物质的相互作用.他针对Newton的绝对时间和绝对空间，驳斥道：“我们不应该忘记，世界上的一切事物都是互相联系、互相依赖的，我们本身和我们所有的思想也是自然界的一部分.”“绝对时间是一种无用的形而上学概念”，“它既无实践价值，也无科学价值，没有一个人能提出证据说明他知晓有关绝对时间的任何东西.”马赫还指出，绝对运动的概念也是站不住脚的.他写道：“Newton旋转水桶的实验只是告诉我们，水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球的质量和其他天体的相对转动所产生的.如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，最后达到好几海里厚时，那时就没有人能说这实验会得出什么样的结果.”

1883年马赫在《力学的科学》一书的第二章第6、7节《Newton关于时间、空间和运动的观点》中写道：“没有必要在这里提出的回顾中来评论Newton，说他的行动又一次与他所提出来的只研究实在的事实的意图相矛盾.谁也没有资格预言有关绝对空间和绝对运动的事情，它们是纯粹思维的东西，是纯粹思维的产物.经验不可能产生它们.我们的力学原理，就象我们详细讲述的那样，是关于物体相对位置和运动的试验知识，即使它们现在在一些领域内被人们认为是有效的，但它们不会，也从来没有不经过实验检验就被接受的.任何人都没有理由把这些原理扩展到经验范围之外.事实上，这种扩展是无意义的，因为没有人具有必要的知识去利用它.”

马赫在《发展中的力学》一书中写道：“如果我们说一个物体K只能由于另一物体K′的作用而改变它的方向和速度，那么，当我们用以判断物体K的运动的其它物体A、B、C……都不存在的时候，我们就根本得不到这样的认识.因此，我们实际上只认识到物体同A、B、C……的一种关系.如果我们现在突然想忽略A、B、C……，而要谈物体K在绝对空间中的行为，那么我们就要犯双重错误.首先在A、B、C……不存在的情况下，我们就不能知道物体K将怎样行动；其次，我们因此也就没有任何方法可以用以判断物体K的行为，并用以验证我们的论断.这样的论断因而也就没有任何自然科学的意义.”就是这样，马赫揭示出抛开一些物体(A、B、C……)用所谓绝对空间来描述运动是不可能的.绝对空间是缺乏自然科学的意义的.根据这种观点，马赫认为Newton水桶中水面的形式，并不反映水桶是否相对于绝对空间有转动，而是反映水桶相对于地球和其它天体是否有转动.水面变凹，并不是由于绝对转动引起的，而是由于宇宙间各种物质相对于它们转动的水桶的作用结果.无论是水桶相对于宇宙间物质进行转动，或者是宇宙间物质相对于水桶在转动，二者结果是一样的，因为水面都会同样地变凹.因此，水面变凹仅仅能证明水桶与宇宙间其它物质(A、B、C……)之间有相对转动，而不能证明绝对空间的存在.马赫对水桶实验的分析，表现出他不仅把匀速运动看成是相对的(没有一个相对于绝对空间的绝对速度存在)，而且把加速运动也看成是相对的(没有一个相对于绝对空间的绝对加速度存在).

马赫的批判存在着三个问题.其一，Newton很清楚绝对空间和绝对时间是纯粹思维的东西，是纯粹思维的产物.因为Newton把书取名为《自然哲学之数学原理》，绝对空间和绝对时间当然也是数学抽象了.而且他直截了断地把绝对时间称为数学时间；其二，Newton不仅有绝对空间和绝对时间的概念，而且也有相对空间和相对时间的概念.Newton的相对空间和相对时间的概念和我们实际上的时间和空间的概念没有什么根本区别，很清楚，Newton的相对时空是绝对时空的一部分，是对绝对时空的量度，马赫用相对时空去否定绝对时空并不高明；其三，马赫和Newton一样，并不明白Newton力学中最根本的问题是力的本质没有解决.如果弄清了力是物体的相互碰撞，我们只要把碰撞迭加到所研究的对象上，碰撞正好相互抵消的就是惯性系，否则就是非惯性系了.因此，自然规律的形式就只同碰撞有关而和坐标系的选择无关，一切参照系具有同等的地位，没有一个参照系处在特别优越的地位，从而根本无法探测到参照系本身的运动，把惯性系、绝对运动、绝对空间真正地驱逐出实验科学的范围.