淺談我對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)-在線瀏覽
2024-11-07 16:13本頁(yè)面
【正文】 無(wú)關(guān)。物體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為點(diǎn)的位 置的變化 ,這樣描述的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的和無(wú)限可分的。 牛頓體系的時(shí)間結(jié)構(gòu)是 : 時(shí)間是一維的、具有單向性 ,時(shí)間是均勻的 。這種時(shí)空結(jié)構(gòu)是平直的 ,其幾何特性在數(shù)學(xué)上用歐幾里德幾何描寫。牛頓的時(shí)空觀的數(shù)學(xué)表述 ,還可用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度相加公式 vj= vq+vx表達(dá)。 十九世紀(jì)末 ,以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理理論 ,在解釋新實(shí)驗(yàn)事實(shí)時(shí)遇到了困難。所以它很容易被加速到很高的速率。我們可以把速率的平方表為與電壓的正比關(guān)系 : v2 = mqU2 ∝ U 其圖像如圖 1所示 v (M/S) U (V) 但把電子放在加速電壓為幾百萬(wàn)伏的情況下 ,用上述方法對(duì)電子速率的平方的計(jì)算結(jié)果 ,卻與實(shí)驗(yàn) 測(cè)量值產(chǎn)生了很大的偏差。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示 : 動(dòng)能 （ Mev） 飛行時(shí)間 (108s) 電子速率 (108m/s) 電子 速率平方 ［ 1016(m/s)2］ 15 ≈ 3 ≈ 9 繪制成速率平方與電壓的圖像如圖 2所示為 : 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 : ① 被加速電子的速率有個(gè)上限 , ～ 3 108 米 /秒。只能是 m的值在一定的范圍內(nèi)隨速率的增大而增大。 伽利略的速度相加公式 ,xqj VVV ?? O v E (ev) 圖 2 是牛頓時(shí)空觀的數(shù)學(xué)表述 ,按照這種表述 ,我們可以通過(guò)一個(gè)假想的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下 , 電子在一個(gè)靜止的參考系中經(jīng) MeV加速電電壓加速后速率達(dá)到 108米 /秒 ,然后進(jìn)入一個(gè)和它保持相對(duì)靜止的參考系再次被加速 ,在這個(gè)和它保持相對(duì)靜止的參考系中電子的相對(duì)速度為 vx= 108米 /秒。這表明牛頓力學(xué)的規(guī)律對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體不能描述。 ② . 引力質(zhì)量 : 是指物體產(chǎn)生引力場(chǎng)和受引力場(chǎng)作用能力的物理量。在牛頓力學(xué)中無(wú)論是慣性質(zhì)量還是引力質(zhì)量對(duì)于給定物體來(lái)說(shuō)都是不變量。 這個(gè)現(xiàn)象在牛頓力學(xué)中無(wú)法得到解釋。但是 ,在宇宙射線的研究中發(fā)現(xiàn)一種高能粒子μ子 , μ子是在地球的大氣層的上層產(chǎn)生的 ,靜止μ子的壽命只有 106秒 ,即使用接近光速的速度運(yùn)動(dòng)也只能飛行大約 660米 ,但在地球表面卻能觀測(cè)到μ子。可能的解釋只有兩種 :其一 ,在和μ子保持靜止的參考系看來(lái)μ子的壽命只能是靜止壽命 , μ子之所以能飛到地球表面 ,是因?yàn)樵谶@個(gè)參考系看來(lái)地球的大氣層在運(yùn)動(dòng) ,因而厚度變薄 。顯然這兩種觀點(diǎn)在牛頓時(shí)空理論中是沒(méi)有的。但對(duì)光及電磁學(xué)的規(guī)律卻不適用。但在空間尺度較小的微觀領(lǐng)域 , 微觀領(lǐng)域粒子遵循的卻不是這樣的規(guī)律。 Δ xΔ y≥ 2? 上式表明 , 微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)確定。 6. 按照牛頓理論的觀點(diǎn)能量是連續(xù)變化的 ,但在微觀領(lǐng)域 ,實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的原子光譜是分立的 ,說(shuō)明微觀領(lǐng)域的粒子能量可以取分立值。從以上這些例子可以看出牛頓力學(xué)是有一定的適用范圍的。為絕對(duì)時(shí)間做出了論證。因而當(dāng) 牛頓力學(xué)遇到困難時(shí)、尤其是在電磁波的傳播規(guī)律研究的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn) ,由描述電磁現(xiàn)象基本規(guī)律的麥克斯韋方程組 ,可以得到波動(dòng)方程 ,并由此得出電磁波在真空中的傳播速度為光速 C。是九世紀(jì)末 ,人們開(kāi)始研究以太的性質(zhì) ,并開(kāi)始了研究地球及其他物體 相對(duì)以太 (特殊參考系 )的運(yùn)動(dòng)的大量實(shí)驗(yàn) 。綜合所有實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論 :以太并不存在 ,光速不依賴于觀察者所在的參考系 ,而且與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 在這些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論的基本原理 。 (2)光速不變?cè)?:真空中的光速相對(duì)于任何慣性系沿任一方向恒為 c,并與光源運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。 (2)同時(shí)是相對(duì)的 ,時(shí)間間隔和空間隔是相對(duì)的。 對(duì)于同一時(shí)刻發(fā)生的兩個(gè)事件的空間間隔可表為 : ,1 22 cvll ????? 其中Δ l/為相對(duì)觀察者靜止的空間間隔 (固有長(zhǎng)度 )。 近代大量的物理觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和時(shí)空有著緊密的聯(lián)系．近代對(duì)宇宙射線的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，一種被稱為μ子的高能粒子的靜止壽命為 10－６ 秒，μ子產(chǎn)生于地球大氣層的上部，μ子即使用接近光速的速度飛行，也只能飛行 660米．但在地球表面的觀測(cè)站卻能夠觀測(cè)到它，（地球大氣層的厚度大約為１ 04米）按牛頓的時(shí)空理論， 這一現(xiàn)象是不能得到解釋的． 這一現(xiàn)象用狹義相對(duì)論時(shí)空觀，卻能夠得到很好的解釋．在μ子的參考系看來(lái)，厚厚的地球大氣層相當(dāng)一把高速運(yùn)動(dòng)的尺子，運(yùn)動(dòng)的尺度縮短，所以在μ子的參考系看來(lái)，地球大氣層變薄了．在地球的參考系看來(lái)，μ子的壽命變長(zhǎng)了，因而μ子可以飛越厚厚的地球大氣層到達(dá)地球表面．對(duì)時(shí)空的不同的描速，反映了物質(zhì)的不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．這一現(xiàn)象很好地說(shuō)明了時(shí)空和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有著緊密的聯(lián)系 ,三維的空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)描寫的閔
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