時間與空間的相對性

2021-08-16 11:41:05 字數 5066 閱讀 9228

1樓:匿名使用者

一、時間和空間的特性可以通過測量確定牛頓於2023年在他的名著《自然哲學之數學原理》中說:「絕對的、真實的、數學上的時間,以同樣的方式流動,與外界的一切毫無關係。」因此牛頓認為,一隻鍾(或一根尺)無論靜止還是運動,它的快慢(或長度)總是不變的。

兩百多年後,年輕的愛因斯坦對此提出了疑問,他認為,牛頓的這個一直被認為是很清楚的假設,實際上一點也不清楚,必須謹慎地對它進行分析。 只要稍加思考就會覺得,牛頓的時間「滴答」和宇宙其他一切無關的理念是有問題的。我們常說「抽一支菸的功夫」,這句話生動地說明時間是與物質運動變化不可分割的,事實上時間觀念和一些具體事物密切有關。

例如鐘擺的擺動、地球的軌道運動、晶體或原子的振動,以及一切物理過程、化學過程、生命過程等等。因此愛因斯坦對時間的基本看法是,時間(和空間)與客觀物質的存在及其運動密切有關,沒有客觀物質和它們運動變化過程的存在,也就沒有時間和空間的概念。因此,時間和空間應當與物質的運動狀態有關,不可能是絕對的。

為了回答時間、空間究竟是相對的還是絕對的這個問題,愛因斯坦認為,可以通過實驗測量來決定。具體來說,需要地設計出合理的方案,讓相對靜止和相對運動的觀察者對同一只鍾或同一把尺進行測量,然後對測量結果進行比較。愛因斯坦這裡重要的貢獻在於,將時間、空間這個看來相當抽象的問題建立在實驗觀測基礎之上,由此時間空間進人了物理學的範疇

二、通過「光鍾」一類理想實驗,可以揭示出時間的特性 為了測量時間,研究它的特性,用通常實物所構造的鐘(包括單擺、地球繞太陽的公轉、晶體或原子的振動等)是不合適的,因為這樣一來,必須同時研究構成鐘的物質的存在對時間特性的影響,從而使問題複雜化。為此,愛因斯坦設計瞭如圖所示的「理想實驗」,其中所用的鐘不含任何部件,唯一運用的是光的運動,而愛因斯坦認為,光的運動速度對於不同慣性系觀察者來說,是絕對相同的,大家知道,「理想實驗」在物理學發展中常常起到關鍵性作用,伽利略用理想實驗揭示了物體的慣性,為牛頓力學的建立打下了基礎。愛因斯坦利用「光鍾」、「光尺」所做的理想實驗,揭示了時、空的相對性,建立了作為現代物理學兩大支柱之一的相對論。

設想在一列以速度v 作勻速直線運動的列車上,有位旅客對準豎直上方h高處的一面反光鏡打出鐳射束,對於他以及所有列車上的人(稱為「靜系」)來說,這束鐳射從發出至回到光源位置[見圖(a)]作為「滴答」一次的時間間隔為t0=2h/c。

現在要問,地面上的觀察者將怎樣看待這個測量結果?從地面上看,這是一隻運動的「光鍾」,在光傳播過程中列車向前行進了一段距離,因此地面上的人(稱為「動系」)認為,這隻光鍾「滴答」一次的過程中光束是沿路徑abc傳播的[見圖(b)],它所通過的路程大於2h,如果光速仍然是c,那麼在他們看來,這隻運動光鍾「滴答」一次的時間△t就會長些。進一步應用勾股定理,可得到定量關係:

,注意到,所以△t >△t0。此結果表明:運動的鐘變慢了。

列車裡的這隻光鍾搬到地面上,那麼可得到類似的結果:列車裡的人發現,這隻運動光鍾變慢了。因此,如果光速對於不同慣性系相同,則時間流逝的快慢就會與觀察者的相對速度有關,這就是「時間相對性」的含義。

鐘的「的」事件和「答」事件可想象為一個化學過程的開始和結束;一個基本粒子的產生和淹滅;一個生命體的誕生和死亡;靜止鐘的「的」事件和「答」事件發生在同一地點。因此,任何兩個事件在某一慣性系裡若發生在同一地點,則該參考系中測得這兩個事件的時間(間隔)就稱為「靜時(間隔)」。靜時(間隔)最短,或者說,靜系中時間的流逝最快。

三、時間的相對性起源於「光速不變性」與愛因斯坦的看法相反,在牛頓力學中,光速與一切其他通常物體的速度一樣,都是相對的。如果這樣,則根據牛頓力學中的速度合成公式,圖(b)中光束沿路徑abc傳播的速度將為,且不難證明,這時光束沿該路徑的傳播時間(間隔)△t=2h/c=t0。這個結果顯示了牛頓力學中時間的絕對性。

可見,如果光速是相對的,那麼時間就是絕對的(牛頓力學);反之,光速是絕對的,那麼時間就是相對的(相對論)。四、空間相對性與時間相對性密切有關如果承認「時間是相對的」便可立即得到一個推論:「空間是相對的」。

因為,當人們用鍾和尺做測量光速的實驗時,運動的鐘與靜止的鐘相比,走得慢些,所以沿運動方向的動尺的長度(l)與靜尺(l0)相比,必然按同樣的比例縮短以便保證光速不變。可見,空間相對性與時間相對性密切有關。而且根據愛因斯坦的觀點,光速不變性是人類通過長期實踐所認識到的大自然的一個基本法則,時空的相對性只是這個基本法則的必然結果。

五、光速究竟是相對的還是絕對的?力學中,常常將時間、空

一、時間和空間的特性可以通過測量確定牛頓於2023年在他的名著《自然哲學之數學原理》中說:「絕對的、真實的、數學上的時間,以同樣的方式流動,與外界的一切毫無關係。」因此牛頓認為,一隻鍾(或一根尺)無論靜止還是運動,它的快慢(或長度)總是不變的。

兩百多年後,年輕的愛因斯坦對此提出了疑問,他認為,牛頓的這個一直被認為是很清楚的假設,實際上一點也不清楚,必須謹慎地對它進行分析。 只要稍加思考就會覺得,牛頓的時間「滴答」和宇宙其他一切無關的理念是有問題的。我們常說「抽一支菸的功夫」,這句話生動地說明時間是與物質運動變化不可分割的,事實上時間觀念和一些具體事物密切有關。

例如鐘擺的擺動、地球的軌道運動、晶體或原子的振動,以及一切物理過程、化學過程、生命過程等等。因此愛因斯坦對時間的基本看法是,時間(和空間)與客觀物質的存在及其運動密切有關,沒有客觀物質和它們運動變化過程的存在,也就沒有時間和空間的概念。因此,時間和空間應當與物質的運動狀態有關,不可能是絕對的。

為了回答時間、空間究竟是相對的還是絕對的這個問題,愛因斯坦認為,可以通過實驗測量來決定。具體來說,需要地設計出合理的方案,讓相對靜止和相對運動的觀察者對同一只鍾或同一把尺進行測量,然後對測量結果進行比較。愛因斯坦這裡重要的貢獻在於,將時間、空間這個看來相當抽象的問題建立在實驗觀測基礎之上,由此時間空間進人了物理學的範疇

二、通過「光鍾」一類理想實驗,可以揭示出時間的特性 為了測量時間,研究它的特性,用通常實物所構造的鐘(包括單擺、地球繞太陽的公轉、晶體或原子的振動等)是不合適的,因為這樣一來,必須同時研究構成鐘的物質的存在對時間特性的影響,從而使問題複雜化。為此,愛因斯坦設計瞭如圖所示的「理想實驗」,其中所用的鐘不含任何部件,唯一運用的是光的運動,而愛因斯坦認為,光的運動速度對於不同慣性系觀察者來說,是絕對相同的,大家知道,「理想實驗」在物理學發展中常常起到關鍵性作用,伽利略用理想實驗揭示了物體的慣性,為牛頓力學的建立打下了基礎。愛因斯坦利用「光鍾」、「光尺」所做的理想實驗,揭示了時、空的相對性,建立了作為現代物理學兩大支柱之一的相對論。

設想在一列以速度v 作勻速直線運動的列車上,有位旅客對準豎直上方h高處的一面反光鏡打出鐳射束,對於他以及所有列車上的人(稱為「靜系」)來說,這束鐳射從發出至回到光源位置[見圖(a)]作為「滴答」一次的時間間隔為t0=2h/c。

現在要問,地面上的觀察者將怎樣看待這個測量結果?從地面上看,這是一隻運動的「光鍾」,在光傳播過程中列車向前行進了一段距離,因此地面上的人(稱為「動系」)認為,這隻光鍾「滴答」一次的過程中光束是沿路徑abc傳播的[見圖(b)],它所通過的路程大於2h,如果光速仍然是c,那麼在他們看來,這隻運動光鍾「滴答」一次的時間△t就會長些。進一步應用勾股定理,可得到定量關係:

,注意到,所以△t >△t0。此結果表明:運動的鐘變慢了。

列車裡的這隻光鍾搬到地面上,那麼可得到類似的結果:列車裡的人發現,這隻運動光鍾變慢了。因此,如果光速對於不同慣性系相同,則時間流逝的快慢就會與觀察者的相對速度有關,這就是「時間相對性」的含義。

鐘的「的」事件和「答」事件可想象為一個化學過程的開始和結束;一個基本粒子的產生和淹滅;一個生命體的誕生和死亡;靜止鐘的「的」事件和「答」事件發生在同一地點。因此,任何兩個事件在某一慣性系裡若發生在同一地點,則該參考系中測得這兩個事件的時間(間隔)就稱為「靜時(間隔)」。靜時(間隔)最短,或者說,靜系中時間的流逝最快。

三、時間的相對性起源於「光速不變性」與愛因斯坦的看法相反,在牛頓力學中,光速與一切其他通常物體的速度一樣,都是相對的。如果這樣,則根據牛頓力學中的速度合成公式,圖(b)中光束沿路徑abc傳播的速度將為,且不難證明,這時光束沿該路徑的傳播時間(間隔)△t=2h/c=t0。這個結果顯示了牛頓力學中時間的絕對性。

可見,如果光速是相對的,那麼時間就是絕對的(牛頓力學);反之,光速是絕對的,那麼時間就是相對的(相對論)。四、空間相對性與時間相對性密切有關如果承認「時間是相對的」便可立即得到一個推論:「空間是相對的」。

因為,當人們用鍾和尺做測量光速的實驗時,運動的鐘與靜止的鐘相比,走得慢些,所以沿運動方向的動尺的長度(l)與靜尺(l0)相比,必然按同樣的比例縮短以便保證光速不變。可見,空間相對性與時間相對性密切有關。而且根據愛因斯坦的觀點,光速不變性是人類通過長期實踐所認識到的大自然的一個基本法則,時空的相對性只是這個基本法則的必然結果。

五、光速究竟是相對的還是絕對的?力學中,常常將時間、空間和質量稱為「基本量」,其他物理量,如速度、加速度、能量、動量等通稱為「匯出量」。可見時空的性質將嚴重影響其他所有物理量的性質以及所有物理規律的特徵。

現在我們又認識到,時空的絕對性或相對性問題實質上起源於光速的相對性或絕對性問題。光速究竟是相對的還是絕對的這個問題對於生活在17世紀的伽利略和牛頓來說,從未仔細想過。19世紀末,通過法拉第和麥克斯韋等物理學家的努力,建立了光的電磁理論;另一些科學家則設計了各種實驗方案,發明了各種儀器,以便能精確測量光這類高速運動物質的速度。

直到那時,物理學家才有條件真正認真地思考光和電磁波這類物質的運動速度是否滿足伽利略一牛頓的速度相對性問題。大量精確度越來越高的實驗結果表明,光的速度似乎完全不存在相對性。而是具有不變性,即光速不變是絕對的,而建立在光速不變基礎上的時間空間則是相對的,這正是相對論時空觀念區別於牛頓絕對時空觀念的根本之處。

牛頓的絕對時空觀是建立在存在無限大傳播速度基礎上的,而相對論時空觀則建立在只存在有限的最大傳播速度的基礎之上的。

間和質量稱為「基本量」,其他物理量,如速度、加速度、能量、動量等通稱為「匯出量」。可見時空的性質將嚴重影響其他所有物理量的性質以及所有物理規律的特徵。現在我們又認識到,時空的絕對性或相對性問題實質上起源於光速的相對性或絕對性問題。

光速究竟是相對的還是絕對的這個問題對於生活在17世紀的伽利略和牛頓來說,從未仔細想過。19世紀末,通過法拉第和麥克斯韋等物理學家的努力,建立了光的電磁理論;另一些科學家則設計了各種實驗方案,發明了各種儀器,以便能精確測量光這類高速運動物質的速度。直到那時,物理學家才有條件真正認真地思考光和電磁波這類物質的運動速度是否滿足伽利略一牛頓的速度相對性問題。

大量精確度越來越高的實驗結果表明,光的速度似乎完全不存在相對性。而是具有不變性,即光速不變是絕對的,而建立在光速不變基礎上的時間空間則是相對的,這正是相對論時空觀念區別於牛頓絕對時空觀念的根本之處。牛頓的絕對時空觀是建立在存在無限大傳播速度基礎上的,而相對論時空觀則建立在只存在有限的最大傳播速度的基礎之上的。

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高考是相對性評價還是絕對性評價相對評價和絕對評價的區別

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相對性和絕對性是什麼意思

相對性就是說,衡量一樣 事物時得有一個標準,而且這個 標準是會變的,使得你衡量這個事物時呈相對性,它是有條件的 受制約的 特殊的 可以改變的意思,與絕對性對應。在數學邏輯中,如果在某些型別的結構 也稱為模型 中具有相同的真值,則公式被認為是絕對的。關於絕對性的定理通常建立公式的絕對性及其句法形式之間...