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轉了300多年的“牛頓桶”——8月14日科學史上的今天

2018-08-14作者:科學π工作室, 編著編輯:書問閱讀



牛頓在他的傳世名著《數學的自然哲學原理》的開篇中,提出了一個假想實驗,把一只裝了一半水的桶用繩子吊起來,按住桶,把繩子搓上麻花以后松手,桶開始旋轉,麻花結漸漸松開,水桶繼續旋轉,繩子反向絞起了麻花,隨著水桶越轉越慢,直到某一瞬間停止,水桶再反向轉起來,這就是著名的“牛頓桶”。


牛頓通過實驗得出結論:一、相對外面物體不動時,水面是平的,反之水面是凹的,水面是平還是凹陷,與水相對周圍物體是否運動有關;二、水面是平還是凹陷與水相對桶的運動無關。隨后牛頓在《數學的哲學原理》中寫道:“絕對空間永遠保持原樣不動,這是它與外界無關的自身本性。”


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喬治·伯克利、恩斯特·馬赫都提出了質疑,認為牛頓的結論既不可證明,也不可能證偽,所以“牛頓桶”實驗不可能這么簡單地證明存在有“絕對空間”。愛因斯坦也贊同馬赫的反駁。


令人沒有想到的是,由英國物理學家埃沃瑞特主持的現代版的“牛頓桶”即“測地漂移實驗”和“慣性參照系拖拽實驗”在科學實驗中再度出現。在長達45年間,歷經兩代人的接替之下,現代版的“牛頓桶實驗”終于在2005年8月14日這一天完成數據的采集。相關論文于2011年5月發表在《物理學評論雜志》上。實驗以現代版的方式最終證實了馬赫當初的預言。


在300多年前,牛頓提出了“牛頓桶”假想實驗,本意是要論證“絕對空間”的存在,令他沒有想到,這“一石激起千重浪”,引發了物理學界甚至數學和哲學界的持久爭論,爭論的結果反而使人們擺脫了牛頓“絕對空間”的束縛,更觸發了愛因斯坦新引力論思想的形成,為物理學等學科的發展起到了巨大的推動作用。



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作者科學π工作室 編著
出版清華大學出版社
定價99元
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