試論物理學(xué)時間和空間的關(guān)系-資料下載頁
2025-08-05 16:58本頁面
【正文】 據(jù)絕對時空觀推導(dǎo)出了伽利略坐標(biāo)變換，仍然在之前所描述下的兩參考系S（O，x，y，z）和S39。（O39。，x39。，y39。，z39。）中討論：根據(jù)光速不變的原理，在S系中觀測，我們可以得到：x39。=xut1u2c2 （18）在S39。系中觀測，我們可以得到：x39。=x1u2c2ut39。 （19）聯(lián)立式（18）和式（19）消去x39。，我們可以得到：t39。=tuc2x1u2c2 （20）由于垂直于相對運動方向的長度測量與參考系無關(guān)[3]90，我們可以得到：y39。=y，z39。=z （21）將式（19）～式（21）寫在一起，就可以得到下面的一組變換公式：x39。=xut1u2c2，y39。=y，z39。=z，t39。=tuc2x1u2c2 （22）式（22）這組公式就是洛倫茲坐標(biāo)變換，我們可以清楚地看出，它是由狹義相對論時空觀（光速不變原理）推導(dǎo)出來的，這說明時間和空間的測量與參考系的相對速度有關(guān)，即時間和空間是“相對的”。洛倫茲坐標(biāo)變換就是狹義相對論時空觀的直接反映。 對時空性質(zhì)的重新認(rèn)識時間延緩和長度收縮在S系中觀察某一運動（或某兩個事件）的時間間隔記為?t，x軸上某兩位置之間的長度記為?l，在S39。中觀察同一運動（或相同某兩個事件）的時間間隔為?t39。，相同某兩位置之間的長度記為?l39。，則根據(jù)洛倫茲坐標(biāo)變換得：?t=?t39。1u2c2 （23）從式（23）中我們可以看出時間測量的相對性，在某個參考系S中觀察某一運動（或某兩個事件）的時間間隔是?t，在另一個參考系S39。中觀察同一運動（或相同某兩個事件）的時間間隔為卻?t39。，由于總有u2≥0，我們可以得到：?t≥?t39。 （24）從式（24）我們可以看到，相對于某參考系靜止時所測量的時間是最短的，稱為固有時。任何相對于該參考系運動的其他慣性系，時間進(jìn)程都延長了，這個效應(yīng)稱為時間延緩。不同參考系導(dǎo)致了不同的時間間隔，由于參考系的建立總是基于某個物體之上的，所以時間進(jìn)程（時間間隔）跟運動是密切相關(guān)的，物體A相當(dāng)于與物體B運動得越快（u越大），則物體A相對于物體B所經(jīng)歷的時間進(jìn)程就越長（?t越大）。只有兩者相對靜止時，它們所經(jīng)歷的“時間進(jìn)程”才是一樣的。同理可證：?l=?l39。1u2c2 （25）式（25）說明長度（運動方向上的長度）的測量也是具有相對性的。相對于某參考系靜止時所測量的長度是最長的，稱為固有時長度。任何相對于該參考系運動的其他慣性系，長度（運動方向上的長度）都縮短了，這個效應(yīng)稱為長度收縮。不同參考系導(dǎo)致了不同的空間距離，由于參考系的建立總是基于某個物體之上的，所以空間距離（長度）跟運動是密切相關(guān)的，物體A相當(dāng)于與物體B運動得越快（u越大）時，物體A相對于物體B所經(jīng)歷空間距離就越短（?l越?。Ｖ挥袃烧呦鄬o止時，它們所經(jīng)歷的“空間距離”才是一樣的。4 廣義相對論時空觀狹義相對論時空觀來處理物體在引力場中運動的規(guī)律時，遇到了種種困難。為了克服這些困難，愛因斯坦把慣性系間的洛侖茲變換（線性變換）推廣到任意坐標(biāo)系間的非線性變換，并以此為基礎(chǔ)，建立了引力場方程。這個引力場方程揭示了時空的幾何屬性依賴于物質(zhì)的分布。如果物質(zhì)質(zhì)量產(chǎn)生的引力場是不均勻的，這時，一個質(zhì)點在不受力的作用下，則不再沿直線運動，而是沿一曲線運動。因此，時空的幾種特性就偏離了歐氏幾何性質(zhì)而變“彎曲”了。如果時空的幾種特性是彎曲的，那么即使在同一參照系，也不能用同一把鋼尺測量各點間的長度，同時，也不能用同一坐標(biāo)鐘計量各個事件發(fā)生的時間。這樣一來，變成了一個地方要用一把尺一個鐘，整個空間不再是“剛性”的，而是“柔性”的了。這種空間，可以比喻為由一些可彎曲橡皮塊構(gòu)成的，由于外界物質(zhì)之作用，橡皮塊會變形：有的地方擠緊了，有的地方拉長了，甚至發(fā)生了拓?fù)渥冃危ɡ缗で＿@樣一來，時空結(jié)構(gòu)就不再是平直的、均勻的了。總之，相對論揭示了時間、空間之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示了時空結(jié)構(gòu)、特性對于物質(zhì)及其運動的依賴性，從而證明，時間不是獨立的實體，也不是先驗的形式，而應(yīng)該承認(rèn)時間、空間乃是物質(zhì)運動的一種屬性。這里強調(diào)指出，作為物質(zhì)運動廣延性的空間與物質(zhì)運動連續(xù)性的時間，不是物質(zhì)運動的一般屬性，而是一種最基本的屬性。說它“最基本”，是因為沒有一種物質(zhì)不具有廣延性和連續(xù)性，換句話說，不具有廣延性與連續(xù)性的物質(zhì)運動是不存在的。正是在這個意義上，我們說時間與空間是物質(zhì)存在的形式。這不是一種與內(nèi)容無關(guān)的外在形式，而是與內(nèi)容緊密相關(guān)，有著本質(zhì)聯(lián)系的內(nèi)在形式。
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