淺談我對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)(參考版)
2024-09-08 16:13本頁(yè)面
【正文】 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運(yùn)動(dòng)物體及相對(duì)絕對(duì)空間保持靜止或直線運(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 。 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。這些結(jié)論也與觀測(cè)結(jié)果一致。 (2). 廣義相對(duì)論給出光線在太陽(yáng)附近偏折的正確數(shù)據(jù) ,與觀測(cè)結(jié)果一致。②物質(zhì)(體 )運(yùn)動(dòng)的歷史總是短程線 ,而彎曲的時(shí)空的短程線 ,(不是平直空間的直線 )—— 時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。(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) 。 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。 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 , 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)。 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。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。 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。如圖 6所示 ,在曲面 S 的 A,B兩點(diǎn)各有一個(gè)切平面 , 切平面的法線方向分別沿 Z,Z/軸 ,并且 Z/相對(duì) Z有一定的旋轉(zhuǎn)。 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 。 廣義相對(duì)性原理從根本上否定了特殊參考系 ,從而否定了牛頓絕對(duì)空間。 等效原理認(rèn)為，在局部范圍內(nèi)，可以把引力從一切現(xiàn)象中消除掉．其它的力都沒(méi)有這種性質(zhì)，比如，我 們不可能依靠選擇參考系而把電磁作用全部消除掉．所以等效原理是引力的最基本的原理。人們總能建立一 /個(gè)自由下落的“局部慣性系”，使得在所討論的那一點(diǎn)附近的充分小的鄰域內(nèi)，自然規(guī)律的形式與狹義相對(duì)淪的表述形式相同 。 m mg 圖 5 因此，引力場(chǎng)與慣性力場(chǎng)等價(jià)，只是局部的，僅能局部地消除引力場(chǎng)。g Z m F= mg Z m F= mg 質(zhì)點(diǎn) m 處于引力強(qiáng)度為 g的均勻引力場(chǎng)中 引力場(chǎng)不存在。 上面談到的只是穩(wěn)定均勻的引力場(chǎng)，而真實(shí)的引力場(chǎng)是不均勻的。 由圖可知 這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的受力是一樣的， 或者說(shuō)：在一個(gè)自由下落的升降機(jī)里無(wú)法檢驗(yàn)穩(wěn)定均勻靜態(tài)的外引力場(chǎng)．因?yàn)樵谶@情況下，慣性力與引力抵消，一切力學(xué)現(xiàn)象就如同在一個(gè)沒(méi)有引力場(chǎng)的慣性系中一樣．這種說(shuō)法可以通過(guò)圖 5加以理解 : 圖中的升降機(jī)處在一個(gè)引力強(qiáng)度為 g的均勻引力場(chǎng)中 ,(可以理解為地球表面附近的引力場(chǎng) ),處于自由下落狀態(tài)。 這類(lèi)事實(shí)表明 ,時(shí)空的幾何性質(zhì)是和時(shí)空中的物體的質(zhì)量分布有關(guān)的。在這個(gè)是空中 ,短程線 (光線通過(guò)的路徑 )仍然是直線。因而就時(shí)空的幾何特性而言 , 狹義相對(duì)論的閔可夫斯基四維時(shí) 空 ,仍然保留了牛頓三維時(shí)空的歐幾里德的特性 , 仍然是平直空間。這個(gè)難題 在狹義相對(duì)論的理論中沒(méi)有得到解釋。 狹
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