转了300多年的“牛顿桶”——8月14日科学史上的今天

2018-08-14作者:科学π工作室, 编著编辑:书问阅读



牛顿在他的传世名著《数学的自然哲学原理》的开篇中,提出了一个假想实验,把一只装了一半水的桶用绳子吊起来,按住桶,把绳子搓上麻花以后松手,桶开始旋转,麻花结渐渐松开,水桶继续旋转,绳子反向绞起了麻花,随着水桶越转越慢,直到某一瞬间停止,水桶再反向转起来,这就是著名的“牛顿桶”。


牛顿通过实验得出结论:一、相对外面物体不动时,水面是平的,反之水面是凹的,水面是平还是凹陷,与水相对周围物体是否运动有关;二、水面是平还是凹陷与水相对桶的运动无关。随后牛顿在《数学的哲学原理》中写道:“绝对空间永远保持原样不动,这是它与外界无关的自身本性。”


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乔治·伯克利、恩斯特·马赫都提出了质疑,认为牛顿的结论既不可证明,也不可能证伪,所以“牛顿桶”实验不可能这么简单地证明存在有“绝对空间”。爱因斯坦也赞同马赫的反驳。


令人没有想到的是,由英国物理学家埃沃瑞特主持的现代版的“牛顿桶”即“测地漂移实验”和“惯性参照系拖拽实验”在科学实验中再度出现。在长达45年间,历经两代人的接替之下,现代版的“牛顿桶实验”终于在2005年8月14日这一天完成数据的采集。相关论文于2011年5月发表在《物理学评论杂志》上。实验以现代版的方式最终证实了马赫当初的预言。


在300多年前,牛顿提出了“牛顿桶”假想实验,本意是要论证“绝对空间”的存在,令他没有想到,这“一石激起千重浪”,引发了物理学界甚至数学和哲学界的持久争论,争论的结果反而使人们摆脱了牛顿“绝对空间”的束缚,更触发了爱因斯坦新引力论思想的形成,为物理学等学科的发展起到了巨大的推动作用。



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