2.牛頓模型： 時間是一根無限長的線

艾薩克·牛頓在他1687年出版的《自然哲學之數學原理》一書中，為我們給出了時間和空間的第一個數學模型。

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艾薩克·牛頓簡史

1643年1月4日，艾薩克·牛頓出生在英國林肯郡的伍爾索普村。在他出生10天前，意大利偉大的物理學家、天文學家伽利略在羅馬剛剛去世。一個偉人的離世，帶來了另一個偉人的新生。歷史在這樣的巧合間，似乎在訴說著某種科學傳奇。

牛頓小時候并沒有表現得比常人更聰明，甚至還有點兒笨。如果說他與其他同齡孩子有何不同，或許是牛頓從小便喜歡讀書，尤其是閱讀一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物。他從中受到啟發，制作了一些奇奇怪怪的小玩意兒。

牛頓設計的貓洞

據說牛頓小時候曾為家中的兩只貓做了一大一小兩個門洞，讓大貓走大洞，小貓走小洞，結果兩只貓都走大一點的門洞。小時候的牛頓雖然喜歡發明創造，但似乎對貓的習性并不了解。

到了1661年，牛頓中學畢業后以優異的成績被推薦到劍橋大學三一學院。他極其勤奮地讀書、思考，研究了大量關于自然哲學、數學和光學方面的著作。不久他的指導老師就發現這個學生的學識已經超過了自己。1667年，年僅25歲的牛頓當選為三一學院院士，兩年后成為著名的“盧卡斯數學教授”。

1665—1666年，英國爆發鼠疫，各大學師生都被疏散，牛頓回到家鄉。在18個月中，牛頓度過了一生中最富有創造力的階段。

傳說牛頓在家鄉躲避鼠疫期間，一次在蘋果樹下讀書的時候，被掉下的蘋果砸中了腦袋，這促使他思考蘋果為什么會落地而不是飛向天空，從而最終發現了萬有引力。牛頓本人對這一傳說不置可否。人們對這個故事津津樂道，牛頓的蘋果也成為科學史上最著名的蘋果。

萬有引力定律

任意兩個質點通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。

牛頓于1672年當選為英國皇家學會會員，這一學會成立于1660年，旨在促進自然科學的發展。1703年當選為皇家學會主席，后來因健康原因辭去皇家學會主席，擔任主席一職長達二十年。有趣的是，自1915年以后，每任皇家學會主席都是諾貝爾獎獲得者。

作為背景存在的時間

時間和空間在牛頓模型中是事件發生的背景，且這種背景是不受事件影響的。牛頓在他的《數學原理》一書中，提出了牛頓運動定律和萬有引力定律，由此奠定了他在物理學史上的重要地位。同時，該書的出版也意味著經典力學的成熟。

牛頓經典力學的背景正是被“固定”的時間和空間。這就是說，時間在這里被認為是永恒的，并不存在一個開端或者終結，它已經存在并將存在無限久。在牛頓的數學模型中，時間和空間相互分離，兩者之間沒有必然的聯系。時間被認為是一條單獨的線，或者是兩端無限延伸的鐵軌，它獨立于在宇宙中發生的事件。

時間是絕對的

絕對時間是指在牛頓的時空觀中，時間是絕對的，與任何特殊的參考系無關。靜止安放在不同慣性系中的時鐘，對同一運動過程的計時結果是相同的。

康德的憂慮

與牛頓同時代的大多數人，并不認同牛頓的絕對時空觀，他們認為有形宇宙是在幾千年前以多少和現狀相同的形態創生的。這引起了德國思想家伊曼努爾·康德的憂慮。康德關于宇宙時空的創生提出了三個問題：其一，如果宇宙是被創生的，那么為何要在創生之前等待無限久？其二，如果宇宙已經存在了無限久，為何將要發生的每件事沒有早發生，使得歷史早已完結？其三，為何宇宙尚未到達熱平衡，使得萬物都具有相同溫度？這就是康德著名的“純粹理性的二律背反”。根據康德提出的問題，我們不難看出，他和牛頓持有相似的觀點，即時間從空間中獨立出來，并且它是永恒的。

伊曼努爾·康德