摘要:本文论述的主要目的,是希望通过“绝对时空”与“相对时空”在牛顿力学下的共同展现,转变“绝对时空”与“相对时空”有你没我的对立意识,认识到:“否定其中任意一方的成立就等同于对另一方的否定”,无论站在那一方反对另一方都是自己反对自己,永远没有胜者。
一、时空展现的基本约定 时空展现:以选定的时空坐标为基础,通过一系列的约定或定义,用以描述事物的运动变化,由此获得与时空有关的描述或推论。 由上述定义可知,时空展现与选定的时空坐标有关,它可以是按照一定的计量方法直接测量得到的时空坐标(简称实测时空坐标),也可以是基于实测时空坐标按照一定的函数衍生规则衍生的时空坐标(简称衍生时空坐标)。在相同形式的约定或定义下,选定不同的时空坐标可以有不同的时空展现。 若选定的时空坐标表示为(x,y,z,t),则作如下(部分)基本约定: 1、时空坐标的一组具体值称为时空坐标值。任一事件在任一坐标系中都对应着一组唯一的时空坐标值。 2、称时空坐标中的(x,y,z)为空间坐标;称空间坐标的一组具体值为空间坐标值。空间坐标值用来表示某物体、某坐标点的空间位置或某事件的发生位置。 3、称时空坐标中的t为时间坐标;称时间坐标的一个具体值为时间坐标值。 4、某坐标系S中,一个事件对应的时空坐标值包括空间坐标值和时间坐标值,其中,称空间坐标值为该事件在S系的发生位置,称时间坐标值为该事件在S系的发生时间(或发生时刻)。 5、在某坐标系S中,如果两个事件的发生时间相同,则称这两个事件为S系的同时事件,否则称这两个事件为S系的非同时事件。 6、在某坐标系S中,单位时间内物体A相对物体B的位移矢量即为S系中物体B相对物体A的速度。 根据以上约定,特别强调以下两点: 一是,时空展现与选定的时空坐标有关,选择不同的时空坐标可以有不同的时空展现。当所谈问题涉及多个不同时空展现时,为避免混淆,可给予适当的命名,以示区别。例如,时空展现A、时空展现B,或A时空展现、B时空展现等等。 二是,时空展现中所约定的概念与选定的时空坐标有关,不同的时空展现下具有不同的内涵,不能等同视之。以“同时”事件为例,不同的时空展现下,“同时”概念的内涵可以不同,可以有不同的描述结论,此时空展现下可能具有“同时绝对性”,彼时空展现下可能具有“同时相对性”;再以速度为例,不同的时空展现下,速度概念的具体内涵也不相同,此时空展现下的光速不一定等于彼时空展现下的光速,此时空展现下坐标系间的速度变换可能满足矢量合成法则,彼时空展现下坐标系间的速度变换可能是另外一种表达形式。为避免混淆,当所谈问题涉及多个不同时空展现时,可在所约定的概念前增加一个定语,比如A时空展现的同时事件、B时空展现的同时事件,甚至需要加上某某坐标系做定语,以便区分同一时空展现中不同坐标系的“同时”。
二、相对时空与绝对时空在牛顿力学下的融合 无论是牛顿力学还是相对论都有自己的时空计量方法,如果选择牛顿力学的实测时空坐标进行时空展现,时空展现的结果就是我们通常说的“绝对时空”,如果选择相对论的实测时空坐标进行时空展现,时空展现的结果就是我们常说的“相对时空”。 在现有的意识中,绝对时空与相对时空是对立的、矛盾的,几乎没有人怀疑这一认识的正确性。然而,能够进行时空展现的不仅仅是实测时空坐标,以下论述会颠覆我们原来的认识。 我们知道,牛顿力学的实测时空坐标满足伽利略变换,基于该时空坐标的时空展现中,只能有一个坐标系满足“光速各向都等于c”, 我们把这个坐标系用S0来表示。 假设,在牛顿力学的实测时空坐标下,有一个坐标系S,S相对S0沿X轴以速度v0匀速运动(注意v0的特殊性),其实测时空坐标表示为(X,Y,Z,T)。现基于(X,Y,Z,T)衍生一套新的时空坐标(x,y,z,t),并约定两者之间满足如下衍生关系: x=X/(1-v02/c2)1/2 y=Y z=Z t=(1-v02/c2)1/2T-v0X/(c2(1-v02/c2)1/2) 可以证明,按照上述衍生关系获得的新时空坐标满足洛伦兹变换(根据约定的衍生关系和(X,Y,Z,T)满足伽利略变换进行证明,证明略),如果选择(x,y,z,t)进行时空展现,所展现的结果与相对论所说的“相对时空”完全一致。 以上论述告诉我们,在牛顿力学中,既能展现出“绝对时空”,也能展现出“相对时空”。“绝对时空”与“相对时空”不是你死我活的关系,两者之间有着非常紧密的联系,否定其中任意一方的成立就等同于对另一方的否定。 另外,通过计量设计,衍生时空坐标也可以成为实测时空坐标,上述(x,y,z,t)在牛顿力学下是衍生时空坐标,如果通过一定的计量将(x,y,z,t)直接测量出来,就完全转化为相对论的时空体系,这也说明相对论与牛顿力学隐含了不同的计量约定。
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