正確答案:
經典物理學是從否定亞里士多德的時空觀開始的。當時曾有過一場激烈的爭論。贊成哥白尼學說的人主張地球在運動,維護亞里土多德----托勒密體系的人則主張地靜說。地靜派有一條反對地動說的強硬理由:如果地球是在高速地運動,為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢?這的確是不能迴避的一個問題。
1632年,伽利略出版了他的名著《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。書中那位地動派的「薩爾維蒂」(圖4-1)對上述問題給了一個徹底的回答。他說:「把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡,讓你們帶著幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲,艙內放一隻大水碗,其中有幾條魚。然後,掛上一個水瓶,讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐裡。船停著不動時,你留神觀察,小蟲都以等速向艙內各方向飛行,魚向各個方向隨便游動,水滴滴進下面的罐中,你把任何東西
扔給你的朋友時,只要距離相等,向這一方向不必比另一方向用更多的力。你雙腳齊跳,無論向哪個方向跳過的距離都相等。當你仔細地觀察這些事情之後,再使船以任何速度前進,只要運動是勻速,也不忽左忽右地擺動,你將發現。所有上述現象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現象來確定,船是在運動還是停著不動。即使船運動得相當快,在跳躍時,你將和以前一樣,在船底板上跳過相同的距離,你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠。雖然你跳到空中時,腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。你把不論什麼東西扔給你的同伴時,不論他是在船頭還是在船尾,只要你自己站在對面,你也並不需要用更多的力。水滴將象先前一樣,滴進下面的罐子,一滴也不會滴向船尾。雖然水滴在空中時,船已行駛了許多柞。魚在水中游向水碗前部所用的力並不比游向水碗後部來得大;它們一樣悠閒地游向放在水碗邊緣任何地方的食餌。最後,蝴蝶和蒼蠅繼續隨便地到處飛行。它們也決不會向船尾集中,並不因為它們可能長時間留在空中,脫離開了船的運動,為趕上船的運動而顯出累的樣子。」
薩爾維阿蒂的大船道出了一條極為重要的真理,即:從船中發生的任何一種現象,你是無法判斷船究竟是在運動還是在停著不動。現在稱這個論斷為伽利略相對性原理。
用現代的語言來說,薩爾維阿蒂的大船就是一種所謂慣性參考系。就是說,以不同的勻速運動著而又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的種種現象,在另一個慣性參考系中必定也能無任何差別地看到。亦即,所有慣性參考系都是平權的、等價的。我們不可能判斷哪個慣性參考系是處於絕對靜止狀態,哪一個又是絕對運動的。
伽利略相對性原理不僅從根本上否定了地靜派對地動說的非難,而且也否定了絕對空間觀念(至少在慣性運動範圍內)。所以,在從經典力學到相對論的過渡中,許多經典力學的觀念都要加以改變,唯獨伽利略相對性原理卻不僅不需要加以任何修正,而且成了狹義相對論的兩條基本原理之一。