这就是牛顿的绝对空间和绝对时间的概念,根据牛顿的理论,空间和时间为宇宙提供了一个不可见的框架,从而形成了宇宙结构。这也是人类几千年来第一次真正意义上对时间和空间的描述,我们后来也把这种空间和时间描述称为牛顿绝对时空观。然而,牛顿只是提出了时间和空间的存在性和绝对性属性,但绝对时间和空间究竟是什么?在这个问题上,牛顿也没有给出明确的回答,就像他也没能明确地回答质量和引力究竟是什么一样,他在《自然哲学之数学原理》中写道:“我并不定义时间、空间、位置与运动,因为(这些)是众所周知的”,从而回避了对时间和空间的概念进行严格精确的定义。
所以,也有很多人质疑牛顿的绝对时间和绝对空间,认为把理论建立在摸不到又看不着也无法影响的事物上是没有意义的,与牛顿同一时代的德国伟大数学家莱布尼茨及其追随者的质疑影响力尤其大。他们认为,在牛顿的理论体系里,加速运动为绝对空间的存在提供了可观测的证据,但是为什么绝对空间能告诉我们哪个是真正的加速运动,却不能告诉我们哪个是真正的匀速直线运动?毕竟,如果绝对空间真的存在,它应当成为所有运动的基准,而不仅仅是加速运动。如果绝对空间真的存在,为什么它不能告诉我们在绝对意义上我们处于什么位置?那样我们就不需要根据另一个作为参照物的物体来确定我们的相对位置了。
然而即使如此,牛顿引入的绝对空间和绝对时间两个概念却深深扎根于物理学中了,毕竟牛顿定律在对实验的精确描述上取得了巨大成功,而且其他质疑者也没有提出更完整的时空体系,所以人们普遍接受了他的观点。也许站在今天的角度来看这个水桶实验会有很多的瑕疵,也许我们也并没能在水桶实验模型中领会到牛顿思想的精髓,然而这些都不重要,重要的是牛顿的绝对时空观让人们对这个世界和宇宙有了更清楚的认识。
在牛顿的绝对时空观下,我们可以想象一下宇宙的样子,有一个巨大的均匀的空间,这个空间像一个无边无际的容器,我们无法想象它的边界在哪,也无法想象它的边界外面是什么,空间容器里装着我们所能看到和看不到的大大小小的物体,包括运转的行星和细小的微粒,空间里的星体和微粒彼此间在万有引力的作用下永不停息地运动,我们可以通过牛顿运动定律计算出这些星体和微粒在时间维度下的运动轨迹。这个空间容器具有三个维度,我们可以凭经验把它分为上-下、左-右、前-后,也可以通过数学坐标轴把这三个维度表达出并对三维物体形成长-宽-高的概念以及坐标的概念。而且,这个“容器”内的三维空间是绝对均匀的,不管我们身处何处,也不管我们以何种方式运动,我们所感受空间的方式都是一样的,对同一个物体所测量出的长、宽、高也都是相同的。在这个三维空间容器的任何地方,时间也是均匀的,并且是一维的、只能“向前”流逝而不能“向后”倒退的时间。人们通过对地球自转及公转的统一认识把时间量化成年、日以及分、秒,并且制作成精密的钟表来计量时间。我们可以通过精密的钟表来测量所有物体和运动所“流逝”的时间,不管我们身处何处,也不管我们以何种方式运动,我们的时间都以同样的方式流逝,我们对于同一个事件过程所测量的时间也是相同的。
牛顿的绝对时空观非常符合人们的感官直觉和经验判断,在这个绝对的空间和时间模型下,人们不仅生存得很好,还建立起有序的社会规则和生产生活秩序。人们也从来没有怀疑过空间和时间的绝对性,就算没有牛顿的万有引力定律以及对运动和时空的总结,人们依然对空间和时间的绝对性有着朴素的认识,尤其相信世上最公正、最公平的就是时间。在之后的 200 年里,牛顿关于空间和时间的绝对性观点成为铁律,人们在这种时空观下无非是在仰望星空的时候问一下宇宙到底有多大,这个巨大的空间“容器”的外面会是什么样子,如果我们乘坐一艘宇宙飞船一直飞,是否可以飞到这个“容器”的边缘……