淺談我對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)-資料下載頁(yè)
2024-09-04 16:13本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】關(guān)于時(shí)間和空間的根本觀點(diǎn)。它是哲學(xué)世界觀的重要內(nèi)容和有機(jī)組成部分，是在人類(lèi)長(zhǎng)期的生。產(chǎn)活動(dòng)和生活歷史實(shí)踐過(guò)程中形成的。念，并認(rèn)識(shí)到空間、時(shí)間與具體實(shí)物運(yùn)動(dòng)的一定聯(lián)系及空間與時(shí)間的一定聯(lián)系。布魯諾、伽利略主張時(shí)間、空間是物質(zhì)存在的絕對(duì)形式，并提出時(shí)空無(wú)限的思想。指出時(shí)間的特性是持續(xù)性，空間的特性是廣延性，認(rèn)為廣延性是一切物體的共同屬性?？巳R認(rèn)為時(shí)間、空間是人的感覺(jué)的產(chǎn)物；萊布尼茲提出時(shí)空是精神性實(shí)體的單子的特殊表現(xiàn)形式；近代唯心主義時(shí)空觀否認(rèn)時(shí)間、空間的客觀性，但也包含著一些辯證法的合理。辨證唯物主義承認(rèn)時(shí)。人們把這一時(shí)代的時(shí)空觀稱(chēng)為舊的時(shí)空觀。,認(rèn)為“上”和“下”是相對(duì)的,宇宙是有限的、是有中心的。它承認(rèn)宇宙是有中心的,并認(rèn)為圓運(yùn)動(dòng)是天體最完美的運(yùn)動(dòng)。哥白尼的日心說(shuō)指出地球的運(yùn)動(dòng)不會(huì)破壞地球上的自然秩序,這一見(jiàn)解是揭示空
【正文】 律在各個(gè)局域慣性系之間變換時(shí)具有相同的形式。 在狹義相對(duì)論中 ,每一個(gè)慣性系都對(duì)應(yīng)著閔科夫斯基四維時(shí)空中的一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系 。不同的慣性系之間的變換 ,相當(dāng)于坐標(biāo)系的一個(gè)旋轉(zhuǎn)。如圖 6所示 ,在曲面 S 的 A,B兩點(diǎn)各有一個(gè)切平面 , 切平面的法線(xiàn)方向分別沿 Z,Z/軸 ,并且 Z/相對(duì) Z有一定的旋轉(zhuǎn)。 相當(dāng)于閔科夫斯基四維時(shí)空中的兩個(gè)不同的個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系，即相當(dāng)于在變化的引力場(chǎng)中的兩個(gè)時(shí)空點(diǎn) A,B 兩點(diǎn)的鄰域的兩個(gè)局部慣性系。 這樣 ,研究變化的引力場(chǎng)的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為研究某個(gè)曲面 S的切平面如何連續(xù)變化的問(wèn)題了。換句話(huà)說(shuō) ,就轉(zhuǎn)化為研究某個(gè)曲面 S在某個(gè)點(diǎn)的切平面和該點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系已知的情況下 ,求曲面在空間分布的幾何問(wèn)題了。由于即時(shí)空各點(diǎn)處的引力場(chǎng)強(qiáng)度唯一地確定了時(shí)空各點(diǎn)處的彎曲程度，因而知道了時(shí)空各點(diǎn)處的彎曲程度 ,也就可以確定時(shí)空各點(diǎn)處的引力場(chǎng)強(qiáng)度。廣義相對(duì)論和研究彎曲時(shí)空的幾何學(xué) —— 黎曼幾何形成了對(duì)應(yīng)。 4．廣義相對(duì)論的時(shí)空觀 ⑴ 時(shí)間空間和物質(zhì)的關(guān)系 廣義相對(duì)論的時(shí)空理論表明 , 時(shí)間空間和物質(zhì)是緊密地聯(lián)系在一起的 ,是不可分割的一個(gè)整體 ,時(shí)空是物質(zhì)存在、分布和運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式。 ⑵ 廣義相對(duì)論中的時(shí)間間隔 在狹義相對(duì)論中已經(jīng)有了固有時(shí)的概念 ,它表示在與物體保持靜止的參考系中 ,測(cè)量一個(gè)物理過(guò)程的時(shí)間。 在有引力場(chǎng)存在的時(shí)空中 , 靜止于局域慣性系中的校準(zhǔn)的時(shí)鐘所指示的時(shí)間 ,稱(chēng)為Z / 圖 6 Z B A S 該點(diǎn)的固有時(shí)。 引力場(chǎng)中的 不同時(shí)空點(diǎn) ,對(duì)應(yīng)著不同的局域慣性系 ,因而也就有著不同的固有時(shí) , 在有引力場(chǎng)存在的時(shí)空中的不點(diǎn) ,各有自己的固有時(shí) ,沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 ⑶ 廣義相對(duì)論中的空間間隔 在狹義相對(duì)論中無(wú)窮小固有長(zhǎng)度 ds的概念 ,是指兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的相距無(wú)限近的空間距離。 在有引力場(chǎng)存在的時(shí)空中 ,在通常的情況下是不可能的 ,因?yàn)樵诓煌臅r(shí)空點(diǎn) ,其固有時(shí)不同 ,因而在通常的情況下討論空間兩點(diǎn)的有限距離失去明確的意義。 ⑷ 在引力場(chǎng)中發(fā)生的過(guò)程 ,在遠(yuǎn)處觀察 ,其時(shí)間節(jié)驟比當(dāng)?shù)氐墓逃袝r(shí)慢 ,其空間距離比當(dāng)?shù)氐墓逃虚L(zhǎng)度短。把兩種效應(yīng)綜合起來(lái)可以得到這樣的結(jié)論 : 在 遠(yuǎn)處觀察 , 引力場(chǎng)中的光速變慢。(參看趙凱華《新概念物理教程力學(xué)》 ) 總括起來(lái)看 , 廣義相對(duì)論的時(shí)空理論指明 :①物質(zhì)的存在及其分布狀況改變了的性質(zhì) 。時(shí)空中某一點(diǎn)的彎曲程度是由該點(diǎn)的物質(zhì)和他們運(yùn)動(dòng)的總和決定的 —— 物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲。②物質(zhì)(體 )運(yùn)動(dòng)的歷史總是短程線(xiàn) ,而彎曲的時(shí)空的短程線(xiàn) ,(不是平直空間的直線(xiàn) )—— 時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。 5．廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 (1)水星的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng) 1845 年 ,法國(guó)的天文學(xué)家勒維列發(fā)現(xiàn)水星的近日點(diǎn)不斷前移 , 廣義相對(duì)論之前的理論無(wú)法給與解釋 ,而廣義相對(duì) 論給出了這一解釋。 (2). 廣義相對(duì)論給出光線(xiàn)在太陽(yáng)附近偏折的正確數(shù)據(jù) ,與觀測(cè)結(jié)果一致。 (3). 引力紅移 ,光線(xiàn)從大質(zhì)量的物體射出光譜將向紅端移動(dòng) ,反之 , 光線(xiàn)射向大質(zhì)量的物體光譜將向紫端移動(dòng)。這些結(jié)論也與觀測(cè)結(jié)果一致。 廣義相對(duì)論進(jìn)一步發(fā)展了狹義相對(duì)論的時(shí)空理論 ,明確的給出了物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)和時(shí)空的關(guān)系 ,它描述了在物質(zhì)平均密度大 (引力場(chǎng)強(qiáng) ),宏觀物體高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)空特征。 七、三種時(shí)空觀的比較 下面我們把牛頓時(shí)空觀、狹義相對(duì)論的時(shí)空觀和廣義相對(duì)論的時(shí)空觀在和中學(xué)教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的一些問(wèn)題列表進(jìn) 行比較 牛頓時(shí)空觀 相對(duì)論時(shí)空觀 狹義 廣義 物質(zhì)和時(shí)空分離，物質(zhì) 在三維空間運(yùn)動(dòng) ,時(shí)序符合因果律 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和時(shí)空不分離 ,時(shí)空描述是觀察者對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表述 時(shí)空是 彎曲的為一個(gè)整體 平直的 ,時(shí)空為一個(gè)整體 平直的 ,時(shí)空 相互分離 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和時(shí)空不能分離 , 并決定著時(shí)空彎曲 ,而彎曲時(shí)空又決定物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng) 對(duì)時(shí)空的看法 物質(zhì)與時(shí)空 在物質(zhì)平均密度大 (引力場(chǎng)強(qiáng) ),的較大時(shí)空范圍內(nèi)研究宏觀物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí) ,物質(zhì)和時(shí)空的相互依存關(guān)系遵循廣義相對(duì)論的時(shí)空理論 ,在這個(gè)時(shí)空范圍中的某一時(shí)空點(diǎn)研究物體高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)空理論是狹義相對(duì)論 ,這恰恰反映了時(shí)空整體彎曲、局部平直的特性。而牛頓力學(xué)的規(guī)律只是在描述了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)時(shí)才能取得和實(shí)際較為一致的結(jié)果。 萬(wàn)有引力是一種超距力 ,其作用無(wú)需傳遞時(shí)間 萬(wàn)有引力的超距作用與光速不變?cè)硐嗝? 萬(wàn)有引力不是一種力 , 它是時(shí)空彎曲的一種表現(xiàn) 沿用了牛頓時(shí)空 觀的慣性系的概 (但否定了絕對(duì)空間的存在 ) 有引力場(chǎng)存在的空間中 ,以某一時(shí)空點(diǎn)處的引力強(qiáng)度自由下落的參考系為該點(diǎn)處一個(gè)局域慣性系 不受力而保持靜止或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體及相對(duì)絕對(duì)空間保持靜止或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體可選為慣性系 對(duì)引力看法 對(duì)慣性系看法
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