【數理3】從絕對到相對：牛頓力學背後其實假設了甚麼？有那些是錯的？

我們每天都在經歷時間和空間，感覺它們是固定不變的背景，像是舞台上的布景，無論我們怎麼走動，時間和空間都一成不變。然而，物理學的發展告訴我們，這種直覺其實只是表象，真正的時間與空間遠比我們想像的複雜。今天，我們就來聊聊牛頓力學中「絕對時間」與「絕對空間」的概念，還有愛因斯坦相對論如何顛覆這些傳統觀念，帶來全新的時空哲學。

牛頓力學的絕對時間與絕對空間

在牛頓的世界裡，時間和空間是絕對的。這意味著，不管你在哪裡，或是你如何移動，一秒鐘的長度永遠相同；一米的距離也永遠不變。想像你和朋友各自帶著一隻完全相同的鐘錶，分別放在地球和月球上，根據牛頓的想法，這兩隻鐘應該永遠同步，顯示相同的時間。

舉個生活例子：以前人們用擺動的繩子來定義一秒，擺動一次來回就是一秒。現代則用銫原子震動的次數來定義秒，這種定義更精確且不受主觀感覺影響。無論你感覺時間過得快或慢，物理上的時間測量都是一致的。

空間方面，牛頓認為空間像是一張固定的格子網，物體的位置就像被釘在某個格子上，除非受到外力，否則不會改變。這種絕對空間的觀念讓物理計算變得簡單且直觀。

相對論如何挑戰絕對時空的觀念

然而，隨著物理學的進步，尤其是愛因斯坦提出的相對論，這些絕對的概念開始動搖。相對論指出，時間和空間並非絕對，而是相對的，只有光速是宇宙中唯一不變的速度。

一個著名的例子是雙生子悖論：一對雙胞胎中，一人搭乘接近光速的太空船旅行，另一人留在地球。當旅行者回來時，他會比留在地球的雙胞胎年輕。這說明了時間的流逝速度會因為運動狀態不同而改變，時間不再是絕對一致的。

光速的絕對性與我們的日常想像

牛頓時代的人認為光速可以被追上，甚至被超越。想像你以光速奔跑，理論上你臉上發出的光會被你自己追上，這樣你照鏡子時反而看不到自己。這聽起來很荒謬，卻是當時的合理推論。

年輕的愛因斯坦提出疑問：如果你真的能以光速移動，鏡子裡會看到自己嗎？答案是肯定的，因為光速是宇宙的極限速度，無論你怎麼移動，光速都不會改變。這個結論迫使我們重新思考時間和空間的本質，從絕對轉向相對。

結語：從絕對到相對，物理哲學的蛻變

牛頓力學建立在絕對時間與絕對空間的基礎上，這與我們日常生活的直覺相符，也符合當時的觀測精度。但隨著相對論的出現，這些基礎被顛覆，時間與空間變得相對，光速成為唯一不變的宇宙常數。

這場時空觀念的革命不僅改變了物理學，也讓我們對宇宙的理解更為深刻。未來的物理發展將在這個基礎上繼續探索，揭示更多關於宇宙本質的奧秘。