一世f在宇宙中所有物质突然消失，将空间是否仍然存在？艾萨克·牛顿是这么认为的。空间，他想象的，是像《星际迷航》的全息甲板，一个三维虚拟现实网格，模拟的人、地点和事物被投射到上面。正如牛顿在他的书的前几页所说的王子岛绝对空间，它本身的性质，不涉及任何外部事物，始终是同质的和不可移动的。1
这在日常生活中似乎很有说服力。我往东走，你往西走，邮局没有动:参考框架没有动。但与牛顿同时代的德国数学家和哲学家戈特弗里德·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)对绝对空间的想法持反对态度。他认为，如果把构成宇宙的各种物体拿走，那么“空间”就不再有任何意义。事实上，莱布尼茨的例子在你进入太空后开始显得更加有力，在太空中，你只能注意到自己与太阳、各种行星以及彼此相对运动的物体之间的距离。莱布尼茨认为，唯一合理的结论是，空间是“关系的”:空间就是关系是你和那些不同物体之间不断变化的距离(以及它们彼此之间的距离)，而不是“绝对的现实”。2
Au对比，回应牛顿。绝对空间的影响非常可观察到。艾萨克爵士只有实验证明它：旋转桶水。实验很简单，它会出发关于空间，时间，运动，加速度的性质的争论，并持续到这一天的力量。
在王子岛牛顿要求我们想象一桶水，从悬挂在绳子握住手柄。斗顺时针转动，绳子缠。当你放手，会发生什么？铲斗开始逆时针旋转，先缓慢，再快一点。但别的东西发生了，太：正如牛顿写道，水的表面“会从中间逐渐退去和上升船的一侧，假设一个凹面形状。”有一段时间，水桶，水旋在一起。最终，斗放缓，其自旋反转;水减慢太多，再逐渐展平。
高中学生了解“离心力” - 很高兴有一个名字 - 但实际导致水升起桶的篮筐？牛顿观察到牛顿不可能是水的运动，因为水的表面最迅速地旋转时，水的表面最扭曲，“同步”与铲斗旋转。当然，桶和水是相对于地球旋转的，但这不能是解释，也是因为在太空中进行了类似的实验，牛顿认为，会产生相同的结果。
自从太阳系的形成，数十亿年前，地球一直不停的旋转，其赤道“凸出”一样，在旋转桶的水。
对于牛顿来说，解释桶实验的唯一方法是说水相对于绝对空间旋转。这意味着邀请惯性- 其他关键的想法王子岛体的电阻-the在其速度或运动方向的任何变化。一旦桶和水正在旋转时，铲斗的侧面防止水在直线移动;它推动了对轮辋代替。
但是为什么物体有惯性首先？在19世纪，奥地利物理学家恩斯特马赫才认为，在宇宙中的其余部分中，只能理解到纺纱桶中的水中的运动和惯性的任何解释。For Mach, a scaled-up version of the bucket could be seen in the Earth itself: Ever since the formation of the solar system, billions of years ago, Earth’s been spinning around with its equator “bulging out,” just like the water in the spinning bucket. Mach wondered: If Earth’s rotation could be stopped, and instead the rest of the planets and stars spun around it, would Earth’s equator still bulge?
牛顿会说不：没有旋转，没有膨胀。但Mach意识到答案依赖于物体的惯性来自哪里。如果它在宇宙中大部分物质的结果，那么实际上这个星球仍然会像地球的其余部分一样振荡，而星星转过身来。3.这就是莱布尼茨的关系图:不仅运动是相对的，而且惯性，马赫认为，也是衡量的关系物体和宇宙中其他物质之间的联系。如果马赫的观点是正确的，那么恒星和星系，无论远近，在某种意义上，都是地球的形状和牛顿旋转水桶中水的凹形的原因。但是马赫没有说如何这些遥远的明星和星系施加了它们的影响 - 即使在今天，答案远远不清楚。
也许马赫最热心的读者是年轻的阿尔伯特·爱因斯坦，他后来努力把他所说的“马赫原理”- 身体的惯性依赖于整个宇宙中物质的总体 - 进入他的重力理论，一般相对论。
爱因斯坦理论的压倒性成功是对牛顿绝对空间理论的最后一击——但没有绝对空间，我们仍在努力理解牛顿的理论。在他的畅销书中宇宙的结构物理学家布赖恩·格林解释说，虽然爱因斯坦的理论拆除牛顿的绝对空间，它给了我们在它的地方 - 一个四维结构别的东西被称为时空 - 这，格林认为,是绝对的。你和我可能不同意游行的持续时间，或者游行者走过的距离，但我们会同意从游行开始到结束的总距离。这很难想象，因为我们看不到四维空间，但爱因斯坦理论中的方程保证了这一点。
然而，这并不是格林对这件事的最终结论。物理学家现在怀疑“希格斯场”(Higgs field)弥漫在宇宙中，人们相信它赋予粒子以质量。尽管爱因斯坦的时空可以作为测量加速度的参考系，但希格斯场的作用更好:通过对任何经过它的物体提供阻力，它可能首先解释了为什么物体有惯性。
还有一个想法来自亚利桑那州立大学物理学家保罗·戴维斯，谁指出，“空”的空间其实是短暂的亚原子粒子进出存在大跌眼镜由沸腾的泡沫。这种量子“真空嬉戏,他说，可以作为绝对空间的替代品。
三个多世纪后，这些问题引发了牛顿的纺纱斗有关的空间和运动，关于质量和惯性，继续麻烦物理学家和哲学家。某物使水奋起反抗的侧斗，但无论是最终时空的结构，或者希格斯场，或某种量子泡沫，还有待观察。
Dan Falk是一位基于多伦多的科学记者。他的书包括莎士比亚的科学和在时间的搜索。@danfalk.。
参考
1.科恩，I.B.和惠特曼，A。艾萨克·牛顿/的原理：自然哲学的数学原理：新译加州大学伯克利分校出版社(1999)。所有引自这王子岛都来自这个版本。
2.亚历山大,H.G.Leibniz-Clarke对应，以及来自牛顿的普瑞基亚和Opticks的提取物曼彻斯特大学出版社(1956)。
3. Barbour，J.＆Pfister，H.（EDS。）马赫原理：从牛顿桶量子引力（爱因斯坦研究，第6卷) Birkhäuser，麻省波士顿(1995)。
