下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
力学的目的在于描述物体在空间中的位置如何随“时间”改变。假如我没有经过认真思考和详尽解释，就用这种方式来表述力学的目的，我将因违背力求清晰明确的神圣精神而犯下重大过失。接下来，就由我们来揭示这些过失。
在这里，我们并不清楚应如何理解“位置”和“空间”。例如，我站在一列匀速前进的火车车厢里，并从车厢窗口丢下而不是抛掷一块石头到铁路路基。那么，假如不计空气阻力的影响，我会看到石头沿着一条直线下落。从人行道上观察这一举动的人，则会看到石头沿着一条抛物线落下。现在我想问：石头所经过的各个“位置”是“确实”在一条直线上，还是在一条抛物线上呢？还有，这里指的“在空间中”的运动又是什么意思呢？根据前一节的论述，答案不言自明。首先，我们要完全避开“空间”这一模糊的词汇；我们必须承认，我们对“空间”一词毫无概念，因而代之以“相对于作为参考的实质刚体的运动”。相对于参照系（火车车厢或铁路路基）的运动已在上一节中详细定义过。假如我们引入在数学描述中常用的观念“坐标系”来取代“参照系”，我们就可以说：石头相对于牢固地附着在车厢上的坐标系走过的是一条直线，但相对于牢固地附着在地面（路基）上的坐标系则经过一条抛物线。通过这个例子，我们可以清楚知道：没有独立存在的轨迹（trajectory，字面意义为“轨道曲线”
），只有相对于特定参照系的轨迹。
为了对运动进行完整的描述，我们必须说明物体是如何随时间改变其位置的；也就是说，对于轨迹上的每一个点，必须说明物体在什么时刻位于该点。这些数据必须由一个关于时间的定义来补充，按照这个定义，这些时间可视为本质上可观测的量值（测量的结果）。假如我们基于经典力学，就能通过以下实验来满足这一要求。我们设想有两个构造完全相同的钟，站在火车车厢窗口的人拿着一个，在人行道上的人则拿着另一个。两个观察者各自按照自己手中所持时钟的每一声嘀嗒记录下的时间，来确定石头相对于自己的参照系所占据的位置。在这个实验中，我们并没有计入光传播速度的有限性所造成的不准确性。对于这一点以及实验中的另一项主要困难，我们将在后文详细论述。