牛顿以太（真空）性质与伽利略相对性原理

在这无限的"空无一物"真空中，有可能充满了一种叫做"以太"的物质，即"真空不空"， 现代物理学已经证实，真空具有和实物一样的物理性质。因此，人们常常把真空直接称作以太，两个名词是等价的，可以互换而不至于混淆。

以上真空和以太的定义可以称为牛顿真空（以太）。可以看出，牛顿真空（以太）是一种理想状态，牛顿真空加上时间就构成了牛顿时空。

。牛顿时空的表述：空间是均匀的和平直的无限延伸，时间是由无限的过去均匀地流逝到无限的将来。

现在假设牛顿真空中，仅仅容纳了由两个相对不静止、且互相没有任何作用的、装备了相同的物理仪器的、各种物理条件完全相同的两个实验室中的两个观察者。两个观察者在做相同的力学实验，通过互报信息，得知实验结果完全相同。因此，该两个实验室是完全等价的。

由于牛顿时空的无限性，两个观察者都认为时空是以自己为中心向四面八方延伸的，也就是说，自己所在的实验室是静止的且位于时空的中心。

刚才提到，两实验室之间相对不静止，也就是说，甲认为自己静止与时空中心，乙在运动，而乙则认为自己静止于时空中心，是甲在运动。当然，由于时空的均匀性，这种运动是均匀的（匀速直线的）。由于二者的物理实验结果完全相同，都坚持自己是绝对静止的，所以二者最后的结论是：我们这两个系统，无论是静止，还是相对均匀运动，所有的力学试验结果都是完全相同的，于相对运动无关，这就是伽利略相对性原理。

有了伽利略相对性原理，牛顿第一定律就呼之欲出了。

由于万有引力，任何观察者所处的系统之间不可能没有相互作用，所以在现实世界中，伽利略相对性原理只是一种理想状态，然而，研究实际问题时，当外力作用属于次要，或可以忽略不计时，利用伽利略相对性原理，可以使所研究的问题大大简化。

牛顿以太（真空）性质与伽利略相对性原理(二)

由于牛顿以太（真空）的无限性，所以，讨论任何物体相对于真空的运动（通常简称绝对运动）是毫无测量意义的，只有物体间的相对运动才有可测量的意义。

因此，牛顿时空本身就是理想模型，与物理上所有的理想模型一样，是实际问题的高度抽象，在此即真实时空的高度抽象，他抓住人们研究实际问题时所在的不同的、所有的真实时空的的共同特征，排除所有真实时空的不同之处建立起来的。

显而易见，伽利略相对性原理就是此理想模型的语言表述。同样，由伽利略相对性原理得出的牛顿第一定律也是此理想模型的语言表述。

既然牛顿时空及其表述（伽利略相对性原理、牛顿第一定律）只是理想模型，所以，与实际情况并不完全符合就是必然的，这也是众多质疑、反对、修正牛顿时空及其表述声音不断的主要原因。

例如，我们人类所生活的空间，静止和匀速直线运动永远不可能等价：树木和奔跑的火车运动状态显然不同，我们在地面实验室和在火车实验室做相同的试验，结果很可能不同，开窗和闭窗时实验结果都可能不同，在这里，伽利略相对性原理和牛顿第一定律似乎都错了。

造成上述错误的原因就是实际时空和理想模型之间的差异，解决此差异的办法很简单，在理想模型的基础上，把实际时空与理想模型（牛顿时空）之间的差异当成外界"干扰"，用这些"干扰"因素对理想模型下的结论进行"修正"，就会得出与实际相符合的结论和数据，这就是物理学最基本的研究问题的思路和方法。

其实，所有的质疑、反对、修正者提出来的种种观点、方法、结论，都是在研究实际问题时对理想模型下的结论的符合实际的修正，当然由一定的合理性，但是所有的这些合理性并不能动摇牛顿时空理想模型在力学中的不可动摇的地位。

牛顿以太（真空）性质与狭义相对论

由于牛顿以太（真空）的无限性，所以，讨论任何物体相对于真空的运动（通常简称绝对运动）是毫无测量意义的，只有物体间的相对运动才有可测量的意义。

人们发现，物体相互传递交换信息是需要时间的，换句话说，信息传递的速度不是无限大而是有限的，同时还得出，最快的信息传递速度是光速。直到麦克斯韦电磁理论指出，光信号的本质是电磁波，而电磁波在真空中的传递速度是C，其数据为：

C=真空介电常数与真空磁导率乘积开平方的倒数。

  前面提到，牛顿时空中，物体相对于真空的速度是没有测量意义的，也就是说，真空的性质（力学的、电学的、磁学的等等）与物体的速度（当然是物体间的相对速度且为匀速直线运动，此时物体所在参照系称为"惯性系"）无关。这就是光速不变原理。

同样，由于牛顿时空的均匀性和无限性，导致物体静止和匀速直线运动等价，所以，与力学一样，所有的的惯性系中做相同的电磁学实验，所得到的结果应该完全相同。这就是相对性原理。

现在，狭义相对论的两条基本原理已经具备，余下的问题则是如何用恰当的数学方式准确地表述这两条基本原理，最常见的数学表述就是大家熟知的洛伦兹变换，以及由此生出为大家所熟悉的结论，本文不再赘述。

   综上所述，狭义相对论其实是牛顿时空性质（真空性质与时间性质之和）的电磁学表述罢了，如同伽利略相对性是牛顿时空性质的力学表述一样，二者并无互相矛盾之处。

所有对狭义相对论质疑的观点、方法、修正、推翻，究其本质上来讲都是相同的，即对牛顿时空的否定，这并不奇怪，因为牛顿时空是一种高度抽象，是理想模型，人们所处的真实环境与牛顿时空肯定并不相同。

其实，用狭义相对论的结论，在把实际时空与牛顿时空的差异作为干扰条件，就可以满意地回答所有的质疑，在这里，牛顿时空仍然起到了理想模型的基础作用。