实验设置
牛顿设想了一个装满水的旋转桶。起初，桶处于静止状态，水面平坦。当桶开始旋转时，水面会保持平坦，因为水和桶之间的摩擦力尚未建立。随着桶的持续旋转，水逐渐开始跟随桶的运动，水面逐渐下降，形成一个凹面。最终，水与桶的旋转速度同步，水面达到稳定的凹形。
观察结果与分析
牛顿的主要观察结果是：
- 初始阶段：当桶开始旋转时，水面保持平坦。
- 中间阶段：随着桶的旋转，水面逐渐变得凹陷。
- 最终阶段：桶和水以相同的速度旋转时，水面达到稳定的凹面。
牛顿认为，水面凹陷的形成并非仅仅因为水相对于桶的运动，而是因为水相对于绝对空间的旋转运动。他认为，即使我们观察不到桶外有任何参照物，水面依然会呈现凹形，这表明了一种绝对旋转的存在。这种旋转是相对于绝对空间而言的，而不是相对于桶壁。
牛顿的解释是，水之所以向上攀附桶壁，是因为水受到了惯性力的作用。这种惯性力是由于水的绝对旋转引起的。如果空间是相对的，那么水就不会因为相对桶壁的旋转而产生凹面。
对绝对空间和相对主义的影响
牛顿的桶子论证支持了绝对时空的概念。他认为，存在一个独立于任何物体的绝对空间，物体可以在其中进行绝对运动。旋转桶实验似乎证明，旋转并非仅仅是相对于其他物体的运动，而是一种绝对的状态，可以通过水面的形状来测量。
然而，牛顿的观点也引发了关于惯性系以及空间本质的争论。莱布尼茨等哲学家提出了相对主义的观点，认为运动只能是相对的，不存在绝对空间。他们认为，我们只能通过观察物体之间的相对运动来定义运动。这些争论为后来相对论的发展奠定了基础。
结论
牛顿的桶子论证是一个重要的思想实验，它对我们理解旋转、惯性、绝对时空以及相对运动有着深远的影响。虽然牛顿的结论支持绝对空间，但这个实验也促使了对相对性的更深入的思考。它揭示了惯性力的存在，并激发了关于时空本质的持续辩论。这个实验至今仍然是物理学和哲学讨论中的一个重要议题，提醒我们思考什么是真正的运动，以及我们如何定义它。