試論物理學(xué)時(shí)間和空間的關(guān)系-資料下載頁(yè)
2025-08-05 16:58本頁(yè)面
【正文】 據(jù)絕對(duì)時(shí)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(cè)，我們可以得到：x39。=xut1u2c2 （18）在S39。系中觀測(cè)，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(duì)運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度測(cè)量與參考系無(wú)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(duì)論時(shí)空觀（光速不變?cè)恚┩茖?dǎo)出來(lái)的，這說(shuō)明時(shí)間和空間的測(cè)量與參考系的相對(duì)速度有關(guān)，即時(shí)間和空間是“相對(duì)的”。洛倫茲坐標(biāo)變換就是狹義相對(duì)論時(shí)空觀的直接反映。 對(duì)時(shí)空性質(zhì)的重新認(rèn)識(shí)時(shí)間延緩和長(zhǎng)度收縮在S系中觀察某一運(yùn)動(dòng)（或某兩個(gè)事件）的時(shí)間間隔記為?t，x軸上某兩位置之間的長(zhǎng)度記為?l，在S39。中觀察同一運(yùn)動(dòng)（或相同某兩個(gè)事件）的時(shí)間間隔為?t39。，相同某兩位置之間的長(zhǎng)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(shí)間測(cè)量的相對(duì)性，在某個(gè)參考系S中觀察某一運(yùn)動(dòng)（或某兩個(gè)事件）的時(shí)間間隔是?t，在另一個(gè)參考系S39。中觀察同一運(yùn)動(dòng)（或相同某兩個(gè)事件）的時(shí)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(duì)于某參考系靜止時(shí)所測(cè)量的時(shí)間是最短的，稱為固有時(shí)。任何相對(duì)于該參考系運(yùn)動(dòng)的其他慣性系，時(shí)間進(jìn)程都延長(zhǎng)了，這個(gè)效應(yīng)稱為時(shí)間延緩。不同參考系導(dǎo)致了不同的時(shí)間間隔，由于參考系的建立總是基于某個(gè)物體之上的，所以時(shí)間進(jìn)程（時(shí)間間隔）跟運(yùn)動(dòng)是密切相關(guān)的，物體A相當(dāng)于與物體B運(yùn)動(dòng)得越快（u越大），則物體A相對(duì)于物體B所經(jīng)歷的時(shí)間進(jìn)程就越長(zhǎng)（?t越大）。只有兩者相對(duì)靜止時(shí)，它們所經(jīng)歷的“時(shí)間進(jìn)程”才是一樣的。同理可證：?l=?l39。1u2c2 （25）式（25）說(shuō)明長(zhǎng)度（運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度）的測(cè)量也是具有相對(duì)性的。相對(duì)于某參考系靜止時(shí)所測(cè)量的長(zhǎng)度是最長(zhǎng)的，稱為固有時(shí)長(zhǎng)度。任何相對(duì)于該參考系運(yùn)動(dòng)的其他慣性系，長(zhǎng)度（運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度）都縮短了，這個(gè)效應(yīng)稱為長(zhǎng)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(gè)物體之上的，所以空間距離（長(zhǎng)度）跟運(yùn)動(dòng)是密切相關(guān)的，物體A相當(dāng)于與物體B運(yùn)動(dòng)得越快（u越大）時(shí)，物體A相對(duì)于物體B所經(jīng)歷空間距離就越短（?l越?。?。只有兩者相對(duì)靜止時(shí)，它們所經(jīng)歷的“空間距離”才是一樣的。4 廣義相對(duì)論時(shí)空觀狹義相對(duì)論時(shí)空觀來(lái)處理物體在引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，遇到了種種困難。為了克服這些困難，愛(ài)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(chǎng)方程。這個(gè)引力場(chǎng)方程揭示了時(shí)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(chǎng)是不均勻的，這時(shí)，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不受力的作用下，則不再沿直線運(yùn)動(dòng)，而是沿一曲線運(yùn)動(dòng)。因此，時(shí)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(shí)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(cè)量各點(diǎn)間的長(zhǎng)度，同時(shí)，也不能用同一坐標(biāo)鐘計(jì)量各個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間。這樣一來(lái)，變成了一個(gè)地方要用一把尺一個(gè)鐘，整個(gè)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(huì)變形：有的地方擠緊了，有的地方拉長(zhǎng)了，甚至發(fā)生了拓?fù)渥冃危ɡ缗で?。這樣一來(lái)，時(shí)空結(jié)構(gòu)就不再是平直的、均勻的了?？傊?，相對(duì)論揭示了時(shí)間、空間之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示了時(shí)空結(jié)構(gòu)、特性對(duì)于物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的依賴性，從而證明，時(shí)間不是獨(dú)立的實(shí)體，也不是先驗(yàn)的形式，而應(yīng)該承認(rèn)時(shí)間、空間乃是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種屬性。這里強(qiáng)調(diào)指出，作為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)廣延性的空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的時(shí)間，不是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一般屬性，而是一種最基本的屬性。說(shuō)它“最基本”，是因?yàn)闆](méi)有一種物質(zhì)不具有廣延性和連續(xù)性，換句話說(shuō)，不具有廣延性與連續(xù)性的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是不存在的。正是在這個(gè)意義上，我們說(shuō)時(shí)間與空間是物質(zhì)存在的形式。這不是一種與內(nèi)容無(wú)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。
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1