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萊布尼茨對真空的研究及其現(xiàn)代價值
（作者未知） 2010/7/15
（接上頁）兩人分別做的“托里拆利實驗”、“真空實驗”使人們“眼見為實”地相信實驗中水銀柱上方的玻璃管中存在著一段真空。近代原子論者及牛頓學(xué)派也都相信真空的存在。從那時起,贊成真空存在一派似乎占了上風(fēng)。
2萊布尼茨“相對時空”與牛頓“絕對時空”的對立
萊布尼茨是笛卡爾之后否認(rèn)真空存在的代表人物,為此他與堅持真空存在的牛頓學(xué)派發(fā)生了激烈的爭論。他認(rèn)為,真空即是虛無。牛頓學(xué)派的克拉克就曾指責(zé)笛卡爾和萊布尼茨把真空與虛無等同了起來。克拉克認(rèn)為,沒有物質(zhì)的空間無疑是一無所有的空間,但并不表示空間本身也被消除了。在克拉克看來,“如果廣延是物質(zhì)的本質(zhì),那么物質(zhì)就等同于空間本身;由此可以推出,物質(zhì)必然是無處不在的、無限的和永恒的,并且它們是既不能被創(chuàng)造,也不能回歸虛無,這是荒謬的�！币簿褪钦f,依牛頓學(xué)派,笛卡爾和萊布尼茨的錯誤之癥結(jié)就在于把空間與物質(zhì)等同了起來。
我們知道,經(jīng)典力學(xué)大廈賴以建立的基石是牛頓的絕對時空觀,其精要可概括為“時空獨立于物質(zhì)而存在”。萊布尼茨明確反對牛頓的絕對時空觀。他曾寫道:“我把空間看作某種純粹相對的東西,就像時間一樣;看作一種并存的秩序,正如時間是一種接續(xù)的秩序一樣。因為以可能性來說,空間標(biāo)志著同時存在事物的一種秩序,只要這些事物一起存在,而不必涉及它們特殊的存在方式;當(dāng)我們看到幾件事物在一起時,我們就察覺到事物彼此之間的這種秩序�！痹谶@里,萊布尼茨把空間看作是一種“并存的秩序”;把時間看作是“接續(xù)的秩序”。所謂“并存的秩序”、“接續(xù)的秩序”,更通俗的理解即為一種關(guān)系,即相對時空觀。
萊布尼茨認(rèn)為,空間、時間本身不是如牛頓理論所言是絕對的、實在的存在。時空與物質(zhì)及其運動密不可分,離開了物質(zhì)就無所謂空間,同樣離開了物質(zhì)的運動也就無所謂時間�？臻g并不是邏輯上先于和獨立于物質(zhì)存在的容器。他認(rèn)為,物質(zhì)在邏輯上先于空間的存在,并以空間的形式排列,空間只不過是一種關(guān)系,除此之外沒有什么空間存在。因而萊布尼茨認(rèn)為,牛頓理論中的絕對空間是不存在的,一個物體僅能改變其與另一物體的相對位置,它不能改變其在絕對空間中的位置,因為空間是非實在的,除了物體間的位置關(guān)系,不存在絕對意義上的參照系,也即不存在所謂的絕對空間本身。時間也是如此,除了是事件之間的關(guān)系外,它什么都不是,也就不存在絕對時間。由于反對絕對空間和絕對時間,萊布尼茨自然也反對牛頓理論中的絕對運動概念。與他的相對空間觀念對應(yīng),他認(rèn)為,運動也不過只是一個物體相對于另一個物體的位置變化,因此,運動根本不是什么絕對的東西,它只存在于關(guān)系之中。也即,那種依托于不動的絕對空間背景之上的絕對運動根本是不存在的,任何物體的運動必然與其它物體的運動相關(guān)。與以上的這些觀點相關(guān)聯(lián),萊布尼茨自然否認(rèn)虛空的存在,因為他是反對原子論的,同時他認(rèn)為空間既可以被充滿也可以是空的這種觀念是無法接受的。
3萊布尼茨對真空研究的現(xiàn)代價值
針對真空存在派的托里拆利、帕斯卡等人的一系列科學(xué)實驗,萊布尼茨也試圖從更多科學(xué)的角度及“物理真空”的方面去否定真空。他指出,托里拆利實驗中水銀柱上方玻璃管中的那段根本就不是真空,那里不過是排除了粗大的物質(zhì),但仍充滿了精細的物質(zhì),如光線仍可透過進入其內(nèi)。因而,他認(rèn)定其中并不是真空,因為光也是物質(zhì)。萊布尼茨還為此作了一個形象的比喻。他說容器就好比是一個滿是細孔的箱子,將它放到水里,箱子里有魚和其他粗大的東西,把這些粗大的東西拿掉,這箱子里仍然還是充滿水的。萊布尼茨實際上在這里是通俗講解了笛卡爾的充滿以太的宇宙模型。因而,萊布尼茨認(rèn)為空的空間不過是一種想象。
20世紀(jì)初物理學(xué)革命后,人們開始重新審視真空問題,愛因斯坦和狄拉克分別基于相對論和量子力學(xué)對真空進行了研究,愛因斯坦認(rèn)為真空是“廣義相對論的以太”;而狄拉克把真空看作是“量子場的基態(tài)”。這樣,這兩位20世紀(jì)的物理學(xué)大師就為現(xiàn)代真空研究奠定了“真空不空”這一基本結(jié)論框架。實際上,不管是在愛因斯坦還是在狄拉克那里,真空都被當(dāng)成是宇宙背景。應(yīng)該說,萊布尼茨的上述關(guān)于真空的看法今天看來在某種程度上是正確的,它正與現(xiàn)代的愛因斯坦和狄拉克的把真空看作是宇宙背景的理論暗合,的確是天才性的猜測。但由于萊布尼茨實證研究力度不夠,牛頓學(xué)派對萊布尼茨的上述論證深不以為然,因而也不可能改變牛頓學(xué)派關(guān)于真空的觀點。不過,萊布尼茨的相對時空的理念及對真空的研究成果給20世紀(jì)物理學(xué)革命中擯棄牛頓的絕對時空提供了思想資源。此外,他在與牛頓學(xué)派有關(guān)真空問題的爭論中,還廣泛涉及了近代科學(xué)中一些非常重要的概念,如原子、以太、引力、物質(zhì)等,實際上為后世留下了極其寶貴的思想遺產(chǎn),寫下了科學(xué)思想史上璀璨的一頁。
當(dāng)然,愛因斯坦和狄拉克的上述真空概念也是屬于“物理真空”層面（未完，下一頁）
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