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淺談我對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)-文庫吧資料

2024-09-12 16:13本頁面
  

【正文】 義相對(duì)論的理論中所提及的慣性參考系的概念 ,仍然 是牛頓理論中的慣性參考系的概念 ,它并沒有解釋或取代在牛頓理論中起作用的 ,作為絕對(duì)空間代表的慣性系。這完全符合辯證唯物主義關(guān)于時(shí)空是運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)的存在形式的唯物主義觀點(diǎn) ,是人類對(duì)時(shí)空認(rèn)識(shí)的一個(gè)飛躍。應(yīng)有關(guān)系 : ,1 22 cvt ?? ? ∴ Δ S2 = (H2- c2t2) = (vt)2+c2t2 = c2 (1-22cv ) t2 =c2τ 2=Δ S1/2 從上面的例子我們可以看到 ,雖然在不同的慣性系觀測(cè)μ子 ,從在地球大氣層的上部產(chǎn)生到到達(dá)地面 ,這一物理過程的時(shí)間間隔和空間隔 ,不一樣 ,但把四維時(shí)空作為 整體 ,期間隔是保持不變的。Δ t =t - 0 = t為 在 s 系的觀測(cè)者看到的μ子以速度 v通過的 H所用的時(shí)間 。我們可以利用μ子的現(xiàn)象對(duì)此加以說明 :如圖 3所示 , 圖中S系和S /系分別是固定在地球大氣層和μ子上的兩個(gè)參考系 , S /系相對(duì)S系以接近光速的速度 v, 沿 x 方向勻速運(yùn)動(dòng) , 我們把μ子在地球大氣層的上部產(chǎn) 生 ,作為事件一 , 事件一在 s系的時(shí)空坐標(biāo)為 : x1=0,t1=0。 6. 閔可夫斯基四維時(shí)空整體作為物質(zhì)的存在形式。這可以理解為 ,兩事件的 時(shí)間間隔、空間間隔進(jìn)行比較時(shí) ,只有對(duì)固有時(shí)、固有長(zhǎng)度的比較是絕對(duì)的 ,相對(duì)觀察者運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間隔、空間間隔表達(dá)的是運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ,他們的比較是相對(duì)的。 對(duì)于同一地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔可表為 : ,1 22 cvt ???? ? 其中Δτ為相對(duì)觀察者靜止的時(shí)鐘表示的時(shí)間隔 (固有時(shí) )。 3.狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 (1)時(shí)間和空間時(shí)均勻的 ,各向同性的。 2.狹義相對(duì)論的基本原理 (1)相對(duì)性原理 :物理規(guī)律在所有的慣性系中都可以表為相同的形式。這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)為狹義相對(duì)論的建立提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。其中比較重要的有以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn) :邁克爾遜 — 莫雷實(shí)驗(yàn) (1887年 )、斐索實(shí)驗(yàn) (1851年 )、光行差實(shí)驗(yàn) (1727年 )。按照牛頓的時(shí)空觀念 , 電磁波在真空中的傳播速度為光速 C(相對(duì)于靜止的以太 ),則變換到一個(gè)相對(duì)以太勻速運(yùn)動(dòng)其它參考系 ,電磁波的傳播速度就不再是光速 C 了 ,經(jīng)典力學(xué)的力學(xué)相對(duì)性原理在電磁現(xiàn)象中就不再成立 ,因而由電磁現(xiàn)象就可以確定一個(gè)特殊參考系 ,并可以把相對(duì)這個(gè)參考系的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)判別出來。 牛頓時(shí)空觀借助以太觀念在物理學(xué)中得以鞏固。 四、狹義相對(duì)論時(shí)空觀 1.狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 在光學(xué)和電磁學(xué)的發(fā)展中產(chǎn)生的以太學(xué)說 ,使牛頓時(shí)空觀有了另外一種表現(xiàn)形式 ,絕對(duì)靜止的以太充當(dāng)了絕對(duì)空間的物質(zhì)背景 ,而借助于相對(duì)以太恒定的運(yùn)動(dòng)速度 ,用統(tǒng)一的時(shí)間將彼此遠(yuǎn)離和彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的事物聯(lián)系起來使它們的“同步性 ” 有了絕對(duì)的意義。 牛頓力學(xué)及其時(shí)空觀念 ,在人類對(duì)自然相 現(xiàn)象的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)中遇到的困難還有很多 ,以上只是選擇了一些比較重要的 ,并能和中學(xué)教學(xué)相聯(lián)系的典型例子。牛頓力學(xué)的軌道概念在微觀領(lǐng)域失去意義。他們的行為需要滿足測(cè)不準(zhǔn)原理。 ,一 個(gè)粒子的初始位置和初始速度確定之后 ,其后任意時(shí)刻粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以確定,這表明粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量可以同時(shí)確定。 ,在不同的慣性系中所有的力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式 (是協(xié)變的 )。其二 ,在地球的參考系看來 ,大氣層厚度不會(huì)改變 , μ子之所以能飛到地球表面 ,是因?yàn)樵谶@個(gè)參考系看來μ子在運(yùn)動(dòng) , μ子運(yùn)動(dòng)的壽命可能比靜止壽命長(zhǎng)。 (地球的大氣層厚度大約為 104 米 ) 這個(gè)現(xiàn)象在牛頓力學(xué)中也無法得到解釋。 3.牛頓時(shí)空觀認(rèn)為 :空間絕對(duì)平直 ,時(shí)間絕對(duì)均勻 ,而且空間 ,時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。上文提到的電子被 加速的實(shí)驗(yàn)中已反映出 ,高速運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量隨速度的變大而增大 ,對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量不再是不變量。 可以證明上述兩種質(zhì)量是相等的。 牛頓力學(xué)中認(rèn)為質(zhì)量有兩種: ① . 慣性質(zhì)量 :是指物體 (平動(dòng) ) 慣性大小的量度。 按伽利略的速度相加公式 ,xqj VVV ?? 此時(shí)電子相對(duì)地面的速度應(yīng)為 vj= 108米 /秒 ,但前面的實(shí)驗(yàn)表明 ,具有這樣速率的電子我們無法獲得。這顯然和牛頓力學(xué)的理論相違背。 ② 電子的動(dòng)能 Ek=qU 是真實(shí)的 , 但 v2達(dá)不到預(yù)期值 , v2 = mqU2 , 把此式變化一下可表為 mv2 = 2qU 。實(shí)驗(yàn)采用范德格喇夫起電機(jī)使電子獲得 ,然后注入直線加速器 ,最終獲得 15 兆電子伏特的能量 ,通過測(cè)量電子的飛行時(shí)間和路程可以計(jì)算出電子的速度。例如在真空管的兩個(gè)電極之間加 100v 的電壓 ,從陰極飛出的電子 (設(shè)從靜止出發(fā) ),將以 6 106 米 /秒的速率到達(dá)陽極: q U = 21 mv2 ∴ v =mqU2 =3119 ??? ??? = 106 米 /秒 在這種情況下 ,牛頓定律成立。 三、經(jīng)典物理理論遇到的困難 1. 極限速率 由于電子的質(zhì)量與其電荷相比 ,比值非常小。 自從十七世紀(jì)以
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