浅谈我对时空的认识(编辑修改稿)

浅谈我对时空的认识(编辑修改稿)内容摘要：

Δ y≥ 2 上式表明 , 微观粒子的坐标和动量不能同时确定。 牛顿力学的轨道概念在微观领域失去意义。 6. 按照牛顿理论的观点能量是连续变化的 ,但在微观领域 ,实验观测到的原子光谱是分立的 ,说明微观领域的粒子能量可以取分立值。 牛顿力学及其时空观念 ,在人类对自然相 现象的观测和实验中遇到的困难还有很多 ,以上只是选择了一些比较重要的 ,并能和中学教学相联系的典型例子。 从以上这些例子可以看出牛顿力学是有一定的适用范围的。 四、狭义相对论时空观 1．狭义相对论的实验基础 在光学和电磁学的发展中产生的以太学说 ,使牛顿时空观有了另外一种表现形式 ,绝对静止的以太充当了绝对空间的物质背景 ,而借助于相对以太恒定的运动速度 ,用统一的时间将彼此远离和彼此有相对运动的事物联系起来使它们的“同步性 ” 有了绝对的意义。 为绝对时间做出了论证。 牛顿时空观借助以太观念在物理学中得以巩固。 因而当 牛顿力学遇到困难时、尤其是在电磁波的传播规律研究的过程中，人们发现 ,由描述电磁现象基本规律的麦克斯韦方程组 ,可以得到波动方程 ,并由此得出电磁波在真空中的传播速度为光速 C。 按照牛顿的时空观念 , 电磁波在真空中的传播速度为光速 C(相对于静止的以太 ),则变换到一个相对以太匀速运动其它参考系 ,电磁波的传播速度就不再是光速 C 了 ,经典力学的力学相对性原理在电磁现象中就不再成立 ,因而由电磁现象就可以确定一个特殊参考系 ,并可以把相对这个参考系的绝对运动判别出来。 是九世纪末 ,人们开始研究以太的性质 ,并开始了研究地球及其他物体 相对以太 (特殊参考系 )的运动的大量实验。 其中比较重要的有以下几个实验 :迈克尔逊 — 莫雷实验 (1887年 )、斐索实验 (1851年 )、光行差实验 (1727年 )。 综合所有实验可以得出结论 :以太并不存在 ,光速不依赖于观察者所在的参考系 ,而且与光源的运动无关。 这些实验事实为狭义相对论的建立提供了强有力的实验基础。 在这些实验的基础上爱因斯坦提出了狭义相对论的基本原理。 2．狭义相对论的基本原理 (1)相对性原理 :物理规律在所有的惯性系中都可以表为相同的形式。 (2)光速不变原理 :真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为 c,并与光源运动无关。 3．狭义相对论的时空观 (1)时间和空间时均匀的 ,各向同性的。 (2)同时是相对的 ,时间间隔和空间隔是相对的。 对于同一地点发生的两个事件的时间间隔可表为 : ,1 22 cvt   其中Δτ为相对观察者静止的时钟表示的时间隔 (固有时 )。 对于同一时刻发生的两个事件的空间间隔可表为 : ,1 22 cvll  其中Δ l/为相对观察者静止的空间间隔 (固有长度 )。 这可以理解为 ,两事件的 时间间隔、空间间隔进行比较时 ,只有对固有时、固有长度的比较是绝对的 ,相对观察者运动的时间间隔、空间间隔表达的是运动的物体的运动状态 ,他们的比较是相对的。 近代大量的物理观测和实验证实，物质的运动和时空有着紧密的联系．近代对宇宙射线的观测发现，一种被称为μ子的高能粒子的静止寿命为 10－６ 秒，μ子产生于地球大气层的上部，μ子即使用接近光速的速度飞行，也只能飞行 660米．但在地球表面的观测站却能够观测到它，（地球大气层的厚度大约为１ 04米）按牛顿的时空理论， 这一现象是不能得到解释的． 这一现象用狭义相对论时空观，却能够得到很好的解释．在μ子的参考系看来，厚厚的地球大气层相当一把高速运动的尺子，运动的尺度缩短，所以在μ子的参考系看来，地球大气层变薄了．在地球的参考系看来，μ子的寿命变长了，因而μ子可以飞越厚厚的地球大气层到达地球表面．对时空的不同的描速，反映了物质的不同的运动状态．这一现象很好地说明了时空和物质的运动有着紧密的联系 ,三维的空间坐标和时间坐标描写的闵可夫斯基四维时空 (x1, x2, x3, x4 = ict )， 属于赝欧几里德平直空间。 6. 闵可夫斯基四维时空整体作为物质的存在形式。 两个事件的时间间隔和空间隔 ,在不同的惯性系看来是相对的 ,但由于在真空中光速不变性使时空的一个组合 ——— 间隔，即 Δ S2 = (x12+x22+x32c2t2) = Δ S/ 2 具有不变性。 我们可以利用μ子的现象对此加以说明 :如图 3所示 , 图中Ｓ系和Ｓ /系分别是固定在地球大气层和μ子上的两个参考系 , Ｓ /系相对Ｓ系以接近光速的速度 v, 沿 x 方向匀速运动 , 我们把μ子在地球大气层的上部产 生 ,作为事件一 , 事件一在 s系的时空坐标为 : x1=0,t1=0。 在 S/系的时空坐标为 : x1/= 0,t1/= 0； μ子飞越地球大气层到达地球表面 , 作为事件二 , 事件二在 s 系的时空坐标为 : x2=H,t2； 在 S/系的时空坐标为 : x2/=0,t2/=τ (H为大气层的厚度 ,τ为μ子的静止寿命 )； 在 S/系的间隔为 : Δ S/2 = c2τ 2 在 s系的间隔为 : Δ S2 = H2+c2t2 H 为在 s 系的观测。