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“同时的相对性”“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念

发布时间:2019-07-28 05:11 来源:未知 编辑:admin

  我大概谈谈同时的相对性.(主要是用理解的角度去谈,不追求教科书式的定义.)

  1.从洛伦兹变换的角度去理解. 这个角度的出发前提是,首先承认时空应该有某种线性变换规律,能把电动力学包容进去.然后得出这种变换.此时动系和静系的同时性就不是绝对的了.其关系可以直接从数学上得到结果,那样就没什么好怀疑的,这种理解好处是一目了然,不用自寻烦恼.

  2.物理性的理解.这种方法,物理性强,缺点是解释繁琐.好处是能理解细节.

  同时的相对性是时空相对性的特殊情况.牛顿力学有空间的相对性,但没有时间的相对性. 相对论两者都有.

  同时的相对性具体来说,就是静止系s中相同时间点上发生的事件,在运动系s中可以得出不同时间点上发生的. 反之亦然.这样同时的相对性在牛顿力学中是没有的.

  这里同时是指两个同一时间点上发生的[事件].所以首先要谈同时,就要求如何判定这两个事件能够被确定为一个[同时的事件]. 这个判断在静止系中是很容易做到的,静止系中每一个位置的钟都可以校对准,并且是同步的.

  其中一种方法是:假设某一事件发生的位置和发生时刻集(x,t),假设这个事件发生时会发出一信号,信号到观测者所用的时间即为T=x/c,收到信号时,观测者手上钟的读数为R.那么可以推测事件发生的时间点(时刻)为R-T. 然后对比这些R-T.我们便可以区分这些事件是不是同时事件. (这里面的操作其实就是测量,用静止系的钟和尺,并利用不变的速度信号C来测量)

  到动系中的观测者,要判断事件的同时性,也可以采用相同的操作.这个时候,动系所用的钟和尺,已经发生了尺缩,钟慢效应.----(关于这个又可以是一番长篇大论,故暂省略). 同样的操作,在动系中的观测者会发现静系中同时的事件,在动系中用同样的测量方法得不出相同的数值(此时的测量仍然利用了刚才事件发出的不变速度信号C).动系的观测者只能相信自己的测量结果.于是同时的相对性便出现了.

  四维时空 四维时空在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义。 维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知,就如人将蚂蚁面前的一块食物拿起来,蚂蚁只当它凭空消失,因为蚂蚁属于二维空间的生物,如果四维空间的生物取走我们的东西我们也无法得知。而四维空间也未必像爱因斯坦说的在三维空间上加一条时间轴,因为不管几维空间都离不开时间的支付,没有时间也就没有空间!时空是无法分开的,分开就没有意义了。四。我在一个帖子上说过一个例子,一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系。

  四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑。

  在狭义相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。

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