空間與物質彼此對立嗎？空間是有限的還是無限的？

愛因斯坦曾經說過，要是某人用了諸如「紅」，「困難」或者「失望」這樣的詞，我們都知道這是什麼意思。但是到了「空間」這個詞的時候，「它與心理體驗缺乏直接的聯繫，在加以解釋時存在著很大的不確定性」，[注釋]這種不確定可以追溯到久遠的年代，人們為了解空間的意義而進行了不懈的努力。德謨克利特，伊壁鳩魯，盧克萊修，畢達哥拉斯，柏拉圖，亞里士多德，及其眾多的追隨者們多少個世紀以來在「空間」的意義上來來回回的斟酌。空間與物質之間的區別是什麼？空間是否為可以脫離物質而獨立存在的客體？是否有真正虛無的空間存在呢？空間與物質彼此對立嗎？空間是有限的還是無限的？

幾千年來，人們對空間的哲學分析同神學的質疑不可分割。依照某些人的看法，神是無所不在的。這樣的思想賦予了空間神聖的特徵。這樣的思想歷程起源於17世紀的神學家、哲學家亨利·摩爾，有的學者認為摩爾是牛頓的導師之一。[注釋]摩爾相信完全虛無的空間並不存在，不過這是個完全無關緊要的觀測事實。因為按照他的看法，即使空間中的物質全部被清空，空間中仍然充滿著精神，因此空間永遠不可能真正的空。牛頓的觀點稍有不同，他認為空間中除了有實體物質外，還存在著「精神物質」。出於謹慎，牛頓認為這些精神的東西「不能阻擋實體物質的運動，就好像什麼都沒有一樣」。[注釋]牛頓宣稱，絕對空間，是神的感覺中樞。

對空間的哲學或宗教的思考具有一定的合理性，但正如前文愛因斯坦的審慎評價所言，這些思想在描述上都缺乏嚴密性。從那些思想中我們可以得到一個基本且可精確闡述的問題：我們到底是要將空間歸為獨立實體——就像我們對待其他事物，比如你手中的這本書那樣，還是要將空間僅僅視作描述普通物質之間關係的一種語言呢？

與牛頓同時代的偉大德國哲學家戈特弗萊德·威廉·范·萊布尼茨堅信，按傳統意義，空間並不存在。在談到空間時，萊布尼茨宣稱，空間只不過是用以描述事物之間相對位置的一種簡單又方便的方法而已。在萊布尼茨看來，如果空間中沒有物質存在，空間本身並沒有任何獨立意義，或者說空間並不存在。比如說英語字母表，它就是26個英文字母的順序排列。也就是說字母表只不過是用來表明a與b相連，d後面第6個字母是j, X是u後的第3個字母，諸如此類。但如果字母不存在的話，字母表就沒有任何意義——並沒有獨立存在的「精神字母」。字母表之所以存在是為了給字母提供字典中的順序。萊布尼茨認為空間也是如此：空間除了在討論物質位置關係時作為自然的語言出現外沒有其他意義。在萊布尼茨看來，如果將空間中的所有物質都拿走——空間完全是空的——空間就像沒有了字母的字母表一樣無意義。

萊布尼茨提出了一系列的論點支持他的所謂相對者立場。比如，萊布尼茨提出，如果空間真的是一個實體，就像某種背景物質，那麼神就要在宇宙中選出一塊位置來安放空間這一物質。但是，作為所有的決定都是建立在公正基礎上，從不依靠隨機和偶然的神，怎樣才能在完全一致的虛無中為空間挑選出一塊安置之地呢？畢竟，那些虛無完全一樣呀。在受過科學訓練出來的耳朵聽來，這樣的說法無異於詭辯。但是，即使去掉神學的元素，就用萊布尼茨提出的其他一些觀點，我們也要面對很棘手的問題：空間在宇宙的什麼位置？要是將宇宙整體——保持所有物質的相對位置不變——從左往右移動10英寸（1英寸≈2.54厘米），我們有可能知道嗎？整個宇宙穿越空間這個物質時的速度是多少？如果我們根本不能探測到空間，或者對其有所作用，我們還能宣稱空間真的存在嗎？

就在這個時候牛頓帶著他的桶插了進來，並且戲劇性地改變了論戰的性質。儘管牛頓承認絕對空間的某些性質很難或者根本不可能直接探測到，但他同時也提出絕對空間的存在有可觀測的效應：加速運動，就像在旋轉的桶那裡討論的那樣，是相對於絕對空間進行的。因此，根據牛頓的觀點，凹下去的水面，就是絕對空間存在的證據。在牛頓看來，一旦有了某物存在的確定證據，不管這個證據多麼的間接，論戰也應該停止了。就是這樣神奇的一擊，牛頓將有關空間的哲學式思考轉變成了科學上可驗證的數據。其效應很明顯。萊布尼茨被迫適時地承認「我同意一個物體絕對真實的運動同其相對於另一個物體在位置上的相對改變有區別」，[注釋]雖然這並不是向牛頓的絕對空間投降，但這卻是對堅定的相對論者的一次重擊。接下來的200年間，萊布尼茨及其追隨者反對賦予空間獨立的實在性的論辯在物理學家中未能激起一絲漣漪。[注釋]相反，輿論明顯地倒向了牛頓的空間觀；建立在其空間觀基礎上的牛頓運動學定律佔據了舞台的中心。很明顯，牛頓定律在對實驗的精確描述上所取得的巨大成功使人們普遍接受了他的觀點。但是，有必要提及的是，牛頓本人僅僅將自己在物理學上取得的巨大成就視為用以支持他所真正看重的偉大發現的堅固基礎，這個偉大發現就是：絕對空間。對於牛頓來說，所有的一切都是為了空間。