绝对时空

绝对时空（英语：Absolute time and space）是牛顿的自然哲学的数学原理的一个概念。

起源

绝对时空这个概念源自于牛顿，牛顿认为绝对时空给予牛顿力学一个理论的基础，用以描述物体在空间中的运动。牛顿认为绝对空间和绝对时间是各自“独立”存在的物理量。

内容

绝对时间（Absolute time）是不会随著任何外部的作用或观察者改变。相对时间（Relative time）则是会随著外部作用或观察者而改变，可以透过量测物体的运动的绝对时间差来决定。

根据上述的概念，可以发现绝对时间其实是不可测量的且感受不到的，牛顿认为绝对时间只能由数学的形式表达，而人类也只能透过物体的移动来观察时间的消逝。

举一个例子来说明，如果有一个人要测量100公尺短跑，那么我们可以自由的选择当此人在起点的时刻为0秒，但此时绝对时间为多少我们不得而知，然后以码表测量此人在通过终点经过的时间，便知道此人冲刺100公尺所需要的时间。此过程中，我们一概不知起始的和终止的绝对时间，我们只有测量绝对时间差。

绝对空间（Absolute space）是不会随任何外部的作用或观察者改变。相对空间（Relative space）则是会随外部作用或观察者而改变，它本身具有可以改变的维度，通常我们会用物体的位置来直接描述。

举例来说，一个物体做简谐运动，我们就可以分类成一维的简谐运动，二维的简谐运动，甚至更高维度的简谐运动。事实上无论物体是在进行多少维的简谐运动，都是在同一个绝对空间中发生，我们（观察者）只是选取足够的自由度去描述这个物体而已。

另外，绝对运动（Absolute motion）指的是物体在绝对空间的运动。相对运动（Relative motion）指的是物体在相对空间中的运动。

这些关于绝对时空的规范隐含绝对时空不会受到物体现象的影响，而是所有物理现象的发生时的背景。因此，所有物体都有一个对应于绝对时空的绝对状态，这样可以知道所有物体不是绝对的静止，就是具有绝对速度。牛顿提出经验上的例子来支持他的说法，2个球体中间用一条绳子连接并开始旋转，我们可以透过测量绳子的张力发现2个球体正在绕著他们的共同质心（绝对空间）旋转（绝对旋转）。

不同的观点

历史上，也有其他物理学家对于牛顿提出的绝对时空抱持不同意见。莱布尼兹认为空间只有在有参考点的时候才有意义，时间只有在有物体运动的时候才有意义。乔治·贝克莱猜测，在没有参考点的情况下，不能说一个球体在旋转，或是2个用绳子连接的球体相对它们的共同质心在旋转，至多说是其中一个球体相对另外一个球体旋转。

伽利略变换给出在不同惯性坐标系之间的变换关系，这代表绝对时空的说法其实是不必要，因为我们只需要选定一个惯性坐标系，便可知道在其他惯性坐标系的结果，而且没有一个惯性坐标系可以被独立出来。

另外，恩斯特·马赫提出马赫原理，当中的内容提到，在没有参考点的情况下，讨论物体的惯性是没有意义的，也再次说明绝对时空是不必要的概念。马赫原理随后在爱因斯坦关于广义相对论的论文中被强调且命名。

爱因斯坦和相对论

光锥

事件A, B, C发生的顺序会依据观察者的速度而改变，图中白色的线代表同一时刻。

时间和空间一直被认为是2个独立的物理量，直到狭义相对论被提出，狭义相对论赋予时空新的概念，其中相对同时的出现否定了绝对时间的存在，因为事件发生的时间跟观察者的速度还有事件发生的位置有关系。

广义相对论更进一步用测地线的概念建立时间和空间的关系。此时，时间和空间的关系变得更为具体。

总结

牛顿绝对时空的概念，因为“绝对”的物理量本身不可测量，加上“相对”物理量，虽然随著观察者改变，但是不同观测结果之间存在直接的变换关系，而变得不必要。

参见

• 绝对旋转
• 惯性参考系
• 相对性原理