要如何理解爱因斯坦相对论中的"时空观"?
2017-10-09易五月6评
所谓相对论,就是相对参照系下的物理量都是相对的。
在牛顿的经典力学时代,人们认为时间和空间都是绝对的,不会因为所处参照系的不同而不同,通俗说就是不论你是跑着,躺着还是坐飞机火车,不论你是在吐鲁番还是在珠穆朗玛峰,你的时间空间都和别人一样。
但是爱因斯坦的狭义相对论的发表,打破了这个观点,关键点也就是相对论的基础就是人们发现光速是恒定的,不论你以何种状态测量真空光速,得到的数值都不变,科学家对光速恒定做了很多种解释,具体过程就不说了。
爱因斯坦根据这个理论设计了个实验,得出了著名的时间方程,根据这个方程可以得出,不同参照系的时间是不一样的,速度越快,时间越慢,也就是时间膨胀理论。
也就是说如果你坐飞机,那你的时间就比在地面的人过的慢,当然因为这个速度相对于光速来说实在太小,因此时间的差别也小的忽略不计。当我们的速度快到一定程度,相对光速不能忽略了,这种差别就会变得明显了。当然无论你是多大的速度,你自己是感觉不到时间变慢的。
比如,当你坐飞船离开地球,你的速度恰好使时间系数(时间系数是什么就不解释了)等于2,那么一年后当你回到地球时,你就会发现,地球上已经是两年后了。
同样的,不光时间,物体的质量也具有相对性,速度越快,质量越大,如果物体的速度达到光速,它的质量就会变成无穷大,这也就是我们为什么说质量物体无法超越光速的原因。
另外,引力的不同,也会使这些物理量不同,这些都只是相对论的初步知识,而相对论远非所说的这样简单!
爱因斯坦"相对论的时空观"。
应分两类来说:
一、狭义相对论的时空观,跟运动有关,是一种观测效应,最关键的是具有相对性。像运动时间变慢;运动空间缩短。人们非常高兴,认为通过时间减慢,可以远程宇航。最著名的是孪生兄弟谬论,说什么哥哥乘飞船远离地球,弟弟住在地球上。相对地球来说,弟弟静止的,哥哥运动的。
所以,几十年过去了,弟弟老了,哥哥时间过得慢些,哥哥还是小伙子。殊不知,因为相对性,站在哥哥角度看,相对飞船来说,哥哥静止的,弟弟乘坐地球远去,弟弟运动的。所以,几十年过去了,哥哥老了,弟弟时间过得慢些,弟弟还是小伙子。那问题就来了,到底是兄弟俩都老了,还都是小伙子?
二、广义相对论的时空观,认为一维时间、三维空间,构成时空四维体。因为重力作用,时空弯曲着的。重力越大,时空弯曲程度越大;重力越小,时空弯曲程度越小。像橡皮毡上搁球似的,球越重,橡皮毡凹陷程度越大;球越轻,橡皮毡凹陷程度越小。
其实,时空是宇宙属性,不是客观实体。中国《辞海》解释说:时空,不过是物质运动形式。时间,呈现物质运动的,一种顺序和连续性;空间,呈现物质运动的,一种括阔和延伸性。
宇宙中,一切组成部分,小到夸克,大到星系(所有子宇宙圆球体或集合),均含时空二象性。即时间性上,呈轴线形,从过去、经现在、朝将来,一概流逝的。不倒逾和停止;空间性上,呈辐射状,从核心、经四面、朝八方,一概拓的。无乾坤和维度。
并且,都遵循宇宙定律:一切组成部分,小到夸克,大到星系,其极限能量E,跟时间速度,整1次方,呈正比例关系;跟空间尺度,根3次方,呈反比例关系。
所以说,没有一维时间、三维空间的说法。所谓时空四维体,是人为概念。
时间不会倒流,也不会停止,只会以不相等的时间速度,不断流逝着:
1、理解相对论时空观的最大挑战,是要时时刻刻提醒自己,必须彻底的放弃你通过日常生活方式得出的绝对时空观点,以及在这个绝对时空观下的其它推论,这是理解相对论时空观所需要的最关键的一步。
2、相对论时空观的第二个理解诀窍就是: 时间-空间都是可变的,而非绝对不变的。即时间在某些情况下是可以变化的,可快可慢。空间在某些情况下也是如此,可大可小。这样,在相对论时空观中,时间-空间是个变量,就是我们看到的其它物质运动一样,时空也在运动。
3、理解质量与能量之间的关系问题,在相对论时空观中,质量与能量是直接关联而且有固定的对应关系,可以说质量与能量是等效的概念,是同一个事物的不同表达形式。
4、最后,再理解由于空间可以变化,当然就包含空间弯曲,而引力则是有质量的物体通过弯曲的时空时的一种现象,它感觉起来像是一种力,但同时本质上却只是一种效应。
5、以上就是理解相对论时空的最关键的几点,其它的则是上述几个基本概念下的一系列的推论,是严格的依照某些数学规则计算出来的各类效应。
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