现代科技与人文大观——揭开物质世界的奥秘

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1、1.“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”—运动的绝对性当我们观察周围的世界，可以看到空中日月的东升西落，飞机掠空而过，鹰击长空，虫鸟飞翔；看地上，河中流水潺潺，鱼翔浅底，江河中百舸争流，马路上车水马龙，人群熙攘，它们都是在运动中，而路旁的树木、房舍则是静止不动的。但是你可知道，“坐地日行八万里”，即使你坐在地上不动，也跟着地球一日走八万里，地球也是在运动的，它一方面以每秒28.962公里的惊人速度绕太阳公转，另一方面还要以时速1609公里的速度自转，一昼夜转一圈，一年围绕太阳走一圈。另外地球与其他星球以每秒289.62公里的速度绕银河系的中心旋转，所以地球根本不是静止的。那么太阳是否静止呢

2、？也不是的，太阳（携带着整个太阳系）以大约每秒20公里的速度向着织女（天琴座a星）与帝座（武仙座a星）之间某个方向（大约赤径270”赤纬十30”）疾驶，其他恒星也无一不以极为巨大的速度运行。因此宇宙间万物都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的，如房子、树木它们是相对地静止。那么，我们怎样来研究描述各种物体的运动呢？例如站在站台上的人看到火车疾驶而过向前飞奔，而坐在火车上的人看到两边的景物和站在地上的人纷纷向后退走，又如在无风的日子里，骑自行车在公路上行驶时，总觉得风是迎面刮来，等到回程时，往往还是感到逆风，这并不是因为风向改变了，而是在骑自行车的人看来，所有物体（路旁房屋、树木、电线杆）

3、都在向后闪过，空气同样也参与这种相对于骑自行车的人向后运动，这就使骑车人常常感受到逆风疾来。又如站在地面上的人在无风的天气里看到雨滴竖直下落，而在行驶着的火车上的人看来，雨滴不是竖直下落，而是斜向后的，雨滴在火车车窗上留下的痕迹也是向后倾斜的。同样的雨滴运动，站在地上和火车上的人看它的运动是不一样的。因此我们要描述一个物体的运动，必须要先选一个参考物当作是“静止”的，来研究运动物体的运动情况，如参考物为地球，则雨滴的运动是竖直下落，如把行驶的火车作参考物，则看到雨滴不是竖直下落，而是向后倾斜的。从这个意义上来讲运动是绝对的，描述运动是相对的。2.描述运动的方法——牛顿时空观要描述一物体的

4、运动情况，必须知道在某一时刻，该物体在某一地方，比如，要描述火车在铁路上的行驶情况，就要知道几点几分火车在某一地方，过一段时间火车到了另一地方。如果在相同的时间间隔内火车走的路程长，或者在相同的路程上，用的时间短，我们说这火车跑得快。火车在某一地方这就是火车的空间位置，什么时刻到那里，这就是描述运动的时间。时间反映着物质及其运动的持续性、顺序性和阶段性，而空间则反映着物质的伸张性和广延性。时空观是人们对于时间和空间的物质性质的认识，时空观的形成，经历了一段相当长的历史时期。时空问题是一个既抽象又实际的根本问题。自古以来，又是哲学家和科学家十分关心和争论不休的课题。我国古代思想家们在研究自

5、然、探索宇宙的过程中，对时间、空间的本质及其特性提出了不少卓越的见解，有许多即使在今天也仍然光彩夺目，令人惊叹不止。在我国古代典籍中，最早明确提出时间、空间概念的是《管子》一书的《审合》篇，它指出，世界万物都包纳在天地之中，而天地又包纳在表示时间、空间的“审合”之中，“宙”即指时间，“合”即指空间。到先秦时期，对时间和空间更有了进一步的认识。其中研究得最深入、最细致的要数后期墨家。他们在《墨经》中对时间、空间给出了更明确的回答，“宇”即空间，包括东、南、西、北四面八方。“久”同“宙”包括现在、过去、早晨、黄昏。又认为事物的运动，必定经历一定的空间和时间，由此时此地，到彼时彼地。这里比较明

6、确地指出了宇宙空间和时间的变动是密切相连的。在古希腊文化的兴盛时期（公元前7世纪到3世纪），人们不仅对物质运动的观察中提炼出时间和空间的抽象概念，同时还对时间和空间的性质做出多方面阐述，亚里士多德第一个全面而深刻地研究了时间和空间问题。他认为“时间属于运动”，时间是“运动的数目”，而空间像“容纳物体的容器一类的东西”，当它所包容的事物离开或消亡时，空间仍然留下，并不随之消失。到了十六七世纪，人类对时空的认识进入以哥白尼、伽利略、牛顿为代表的绝对时空时代。在牛顿的《自然哲学的数学原理》一书中，他第一次对时间和空间提出了明确而又抽象的论述。他写道：“绝对的，真正的和数学的时间在自身流逝着”，

7、“绝对的空间，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”。在牛顿看来，空间像一个大容器，它为物体运动提供了一个场所，物体放进去也好，取出来也好，这个空间本身并不会发生什么变化。例如：空间像放满水的游泳池，供人们游泳，人们来游泳，游完走了，游泳池依旧，而时间像一条川流不息的河流，有事件发生也好，无事件发生亦好，这条河流总是不断地、均匀地、不变地流逝着。总之，按照牛顿的观点，时间和空间是独立于物质运动之外，不受物质运动影