一世f宇宙中的所有事情都突然消失，空间仍然存在？艾萨克牛顿的想法。空间，他想象的是星际迷航HOLODECK，三维虚拟现实网格，模拟人员和地点和事物的投影。正如牛顿把它放在他的早期页面原理：“绝对空间，其自然，不参考任何外部，始终保持同质和不动产。”1
在日常生活中似乎有说服力。我走了东方，你走路的西方，邮局留下来：参考框架仍然是静态的。但牛顿的当代，德国数学家和哲学家戈特弗里德·莱布尼兹，在这个绝对空间的理念上诋毁。他争辩，拿走构成宇宙的各种物体，并“空间”不再拥有任何含义。事实上，一旦你进入太空，莱布尼兹的案例开始看起来很大，在那里你只能记下你距离太阳和各种各样的行星的距离，所有人都相对于彼此移动的物体。莱布尼兹认为唯一合理的结论是，空间是“关系”：空间简单是你和这些各种物体之间的不断变化的距离（以及彼此的距离），而不是“绝对现实”。2
牛顿回答说，恰恰相反。绝对空间的影响是相当明显的。艾萨克爵士做了一个实验来证明这一点:一桶旋转的水。虽然这个实验听起来很简单，但它引发了一场关于空间、时间、运动、加速度和力的本质的争论，这场争论一直持续到今天。
在里面原理，牛顿要求我们想象一桶水，从绳子上悬挂。顺时针转动桶，绳子向上。放手时会发生什么？铲斗开始逆时针旋转，首先慢慢地，然后更快地旋转。但其他事情发生了：作为牛顿写道，水的表面“将逐渐从中间逐渐退回并抬起船只的侧面，假设凹形。”有一段时间，铲斗和水一起旋转。最终，铲斗减速，旋转逆转;水也很放缓，再次逐渐变平。
高中学生学习“离心力”——给它起个名字很好——但是到底是什么导致水在桶边缘上升呢?牛顿观察到，它不可能是水相对于桶的运动，因为当水与桶“同步”旋转得最快时，水的表面扭曲得最厉害。当然，水桶和水是相对于地球旋转的，但这也不能作为解释，因为牛顿相信，在太空中进行类似的实验，也会产生相同的结果。
自从多年前的数十亿年前形成太阳系的形成以来，地球一直在旋转其赤道“膨胀”，就像纺纱桶中的水一样。
对于牛顿来说，解释桶实验的唯一方法就是说水是相对于绝对空间旋转的。这意味着调用惯性-另一个关键的想法原理- 身体对其速度或运动方向的任何变化的阻力。一旦铲斗和水旋转，铲斗的侧面会防止水直线移动;它反对轮辋。
但为什么对象有首先是惯性吗?19世纪，奥地利物理学家恩斯特·马赫(Ernst Mach)开始相信，任何对运动和惯性的解释——包括水在旋转水桶中的运动——都只能通过与宇宙中其他物质的联系来理解。对于马赫来说，这个桶的放大版可以在地球上看到:自从数十亿年前太阳系形成以来，地球一直在旋转，它的赤道“鼓出来”，就像旋转桶中的水一样。马赫想知道:如果地球的自转可以停止，而让其他行星和恒星围绕它旋转，地球的赤道还会凸起吗?
牛顿会说不:没有旋转，就没有凸起。但是马赫意识到答案取决于物体的惯性来自哪里。如果这是宇宙中大量物质的结果，那么当其他行星和恒星围绕它旋转时，这颗行星确实仍然会膨胀。3.这是Leibniz在类固醇上的关系图片：不仅运动相对，而且惯性，马赫决定，是一种衡量标准关系在物体和宇宙中的其余部分之间。如果Mach的观点是正确的，那些近和远的星星和星系在某种意义上是对地球的形状和牛顿纺纱桶中的水的凹形形状负责。但马赫没有说如何那些遥远的恒星和星系发挥了它们的影响——即使在今天，答案也远未明确。
也许Mach的Keenest读者是年轻的Albert Einstein，后者稍后会努力纳入他所称的内容“马赫的原则”即一个物体的惯性依赖于整个宇宙中物质的聚集，这一观点被引入了他的引力理论——广义相对论。
爱因斯坦的理论的压倒性成功是牛顿绝对空间的最终打击 - 而没有绝对的空间，我们继续努力了解牛顿的桶。在他受欢迎的书中宇宙的织物，物理学家Brian Greene解释说，虽然爱因斯坦的理论拆除了牛顿的绝对空间，但它在其位置给了我们别的东西 - 这是一种四维结构，称为时尚 - 这，绿色辩称，是绝对的。您和我可能不同意游行的持续时间，或者游行者所涵盖的距离 - 但我们会在游行的开始和结束之间通过时空的总距离。这很难图片，因为我们在四维中看不到，但它是由爱因斯坦理论中的方程式保证的。
然而，这不是Greene在此事上的最终词。物理学家现在怀疑“厚厚的领域”，据信赋予质量粒子，渗透宇宙。尽管爱因斯坦的时空可能是可以测量加速度的参考框架，但是HIGGS字段更好：通过为通过它的任何通道提供抵抗力，可以解释为什么物体首先具有惯性。
另一个想法来自亚利桑那州立大学物理学家保罗戴维斯，他们指出“空”空间实际上是一个由短寿命的亚基颗粒突然出现和摆脱存在的沸腾泡沫。这个量子“真空嬉戏，”他说，可以作为绝对空间的替代品。
经过三个多个世纪之后，牛顿纺纱桶 - 关于空间和运动引发的问题，关于质量和惯性 - 继续麻烦物理学家和哲学家。某物使水升起抵靠铲斗的一侧 - 但是它最终是空间的结构，还是HIGGS领域或某种量子泡沫仍然可以看到。
丹·福尔克是多伦多的一名科学记者。他的著作包括莎士比亚的科学和寻找时间。@danfalk。
参考文献
1. Cohen，I.B.＆Whitman，A。Isaac Newton / Principia：自然哲学的数学原则：一种新的翻译加州大学出版社，伯克利CA（1999）。所有引用来自这原理来自这一版本。
2.亚历山大，H.G.莱布尼兹-克拉克通信，连同牛顿的原理和光学的摘录曼彻斯特大学出版社（1956年）。
3.巴博，J. &菲斯特，H.(编)马赫的原则：从牛顿的桶到量子重力（爱因斯坦研究，第6卷）Birkhäuser，波士顿，马（1995）。
