水桶实验_在线百科全书查询
水桶实验
概述
水桶实验是物理学家艾萨克.牛顿所做的一个实验，用以证明绝对时空的存在，但后来被另一个物理学家马赫认为是错误的理论。
内容
牛顿是这样叙述的： “如果用长绳吊一水桶，让它旋转至绳扭紧，然后将水注入，水与桶都暂处于静止之中。再以另一力突然使桶沿反方向旋转，当绳子完全放松时，桶的运动还会维持一段时间；水的表面起初是平的，和桶开始旋转时一样。但是后来，当桶逐渐把运动传递给水，使水也开始旋转。于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状。运动越快，水升得越高。直到最后，水与桶的转速一致，水面即呈相对静止。“
相关背景
牛顿就把前人的各不相关的独立成果系统化，综合在一起，形成了有逻辑联系的整体。在这个理论体系的框架中，有一些必不可少的基本要素。牛顿以注释的方式写在定义的后面，这就是他对空间、时间和运动的观点。关于时间，他写道：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为‘期间’；相对的、表观的和通常的时间，是期间的一种可感觉的、外部的或者是精确的，或者是变化着的量度，人们通常就用这种量度，如小时、日、月、年来代表真正的时间。” 关于空间，牛顿写道： “绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的某一可动部分或其量度，是通过它对其他物体的位置而为我们的感觉所指示出来的，并且通常是把它当作不动的空间的。” 关于运动，牛顿写道： “绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。” “真正的、绝对的静止，是指这一物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。” 这就是牛顿的绝对时空观。牛顿引入绝对时间和绝对空间的概念是完全必要的，由此可以提供一个标准来判断宇宙万物所处的状态，究竟是处于静止、匀速运动还是加速运动，才能使“力学有明确的意义”，（爱因斯坦语）。 为了证明“绝对运动”的存在，牛顿举了水桶旋转的例子。
分析
牛顿认为水桶实验证明了时空的绝对性
水的升高显示它脱离转轴的倾向，显示了水的真正的、绝对的圆周运动。这个运动是可知的，并可从这一倾向测出，跟相对运动正好相反。在开始时，桶中水的相对运动最大，但并无离开转轴的倾向；水既不偏向边缘，也不升高，而是保持平面，所以它的圆周运动尚未真正开始。但是后来，相对运动减小时，水却趋于边缘，证明它有一种倾向要离开转轴。这一倾向表明水的真正的圆周运动在不断增大，直到它达到最大值，这时水就在桶中作相对静止。所以，这一倾向并不依赖于水相对于周围物体的任何移动，这类移动也无法定义真正的圆周运动。 简单的说，就是水跟水桶相对静止时（都不转或者一起同步旋转），水面只有在水桶静止时才是平的，其他时候都是弯曲的。这就说明水的运动倾向不依赖于水相对周围事物的相对运动（不管水面平还是不平，它相对于水桶都是静止的），而是取决于某个绝对参考系（水面平，也就是都没有转的那个参考系就是一个特殊的参考系）。
马赫认为水的爬升是因为对天体的相对运动
在马赫看来，物体的运动都不是相对于绝对空间，而是相对于别的物体而言的，相对于绝对空间的绝对运动是不存在的。离开了物体之间的相互关系，说物体的运动是毫无意义的。马赫不但批判牛顿的绝对时空观，也对牛顿的“水桶旋转实验”的结论给予了批评。马赫说：“牛顿用转动的水桶所作的实验，只是告诉我们：水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球的质量和其他天体的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈重，最后到达好几里厚时那就没有人能说这实验会得出什么样的结果．．．．．．。”（《爱因斯坦文集》第一卷，第88页。）
在马赫看还认为：所有一切都是相对的，所有的质量，所有的速度，所有的力都是相对的。所以他认为牛顿转动的水桶是相对于其它天体的相对运动，“水面沿桶壁的升高是离心力的作用的结果，也可以看作相对惯性力的作用，而这个惯性力是无数遥远天体对水面的引力的作用，所以惯性力本质上就是引力。”
