趣味物理惯性故事：萨尔维阿蒂大船

趣味物理惯性故事：萨尔维阿蒂大船趣味物理惯性故事：萨尔维阿蒂大船经典物理学是从否认亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场剧烈的争论。赞成哥白尼学说的人主张地球在运动 ,维护亚里土多德-托勒密体系的人那么主张地静说。地静派有一条反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动 ,为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢?1632年 ,伽利略出版了他的名著?关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话?。书中那位地动派的“萨尔维蒂对上述问题给了一个彻底的答复。他说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里 ,让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫 ,舱内放一只大水碗 ,其中有几条鱼。然后 ,挂上一个水瓶 ,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时 ,你留神观察 ,小虫都以等速向舱内各方向飞行 ,鱼向各个方向随便游动 ,水滴滴进下面的罐中 ,你把任何东西扔给你的朋友时 ,只要距离相等 ,向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳 ,无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后 ,再使船以任何速度前进 ,只要运动是匀速 ,也不忽左忽右地摆动 ,你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定 ,船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快 ,在跳跃时 ,你将和以前一样 ,在船底板上跳过相同的距离 ,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时 ,脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把不管什么东西扔给你的同伴时 ,不管他是在船头还是在船尾 ,只要你自己站在对面 ,你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样 ,滴进下面的罐子 ,一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时 ,船已行驶了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大;它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后 ,蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中 ,并不因为它们可能长时间留在空中 ,脱离开了船的运动 ,为赶上船的运动而显出累的样子。萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理 ,即：从船中发生的任何一种现象 ,你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。用现代的语言来说 ,萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。就是说 ,以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性系中能看到的种种现象 ,在另一个惯性参考系中必定也能无任何差异地看到。亦即 ,所有惯性参考系都是平权的、等价的。我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态 ,哪一个又是绝对运动的。伽利略相对性原理不仅从根本上否认了地静派对地动说的非难 ,而且也否认了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。所以 ,在从经典力学到相对论的过渡中 ,许多经典力学的观念都要加以改变 ,唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正 ,而且成了狭义相对论的两条根本原理之一。2 / 2