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时空相对性和时空同一性 作者 张祥前 观察者甲静止于一列火车上，火车相对于轨道旁的观察者乙以速度V 【V大于0，本文大写字母为矢量，下同】在运动。甲打开一个手电筒，发出一束光，沿火车前进方向，并且测量出这束光速度C【本文认为光速可以为矢量】是每秒30万公里，按照经典力学中的伽利略变换，乙肯定的认为这束光速度是C+V，但是，实验发现这束光仍然是每秒30万公里。 光速为什么不变，经典力学无法解释。相对论中的洛伦茨变换给出的解释是，光速C = R/ t在数学上作为一个分式，光速的分子----空间位移R和光速中的分母-----时间t都随光源的速度V而变化，光速的分子----空间位移R【和V方向一致的时候】随速度减少了，而时间t随速度增大，这样恰巧抵消了光速C和V合成后速度的增加部分。 伽利略变换认为，观察者对时间和空间的测量与观察者是否运动无关，而洛伦茨变换认为，观察者对时间和空间的测量与观察者的是否运动是有关系的，因而，相对论认为时间和空间是相对的，不同的观察者对同一个事情的时间、空间测量可能有着不同的结果。 时间的本质是什么？相对论没有告诉我们，只是告诉我们时间的测量与观察者的运动有关，如果我们这样认为：时间就是观察者本身的运动造成的，则可以使我们认识到时间的本质，还可以进一步的解释光速不变。 现在我们提出一个假设： 宇宙中任何一个物体【包括我们人的身体】在相对于我们观察者静止的时候，周围空间都以光速C辐射式的运动，空间这种运动给我们观察者的感觉就是时间。 以上假设可以认为是时间的物理定义。由这个假设我们可以推理出时空同一化方程。 为了描述空间本身的运动，我们可以把空间分割成许多小块，每一小块叫空间几何点，简称几何点，通过描述几何点的运动就可以描述空间本身的运动。 借助几何点的概念，我们可以认为：时间与我们观察者周围空间几何点以光速走过的路程成正比。 为了建立时空同一化方程，设想在某处空间区域里存在着一个质点o点，相对于我们观测者静止【这样o点和观察者可以看成一个物体】，我们以观察者所在的o点为原点，建立一个三维直角坐标系x,y,z，o点周围空间中任意一个几何点p在时刻t'= 0从o点出发，经过一段时间t后，在t”时刻到达p点所在的位置x,y,z，也就是p点在t”时刻的空间坐标为x,y,z是时间t的函数，随时间变化，由o点指向p点的失径为R 。 R(t) =(x,y,z,t) 前面认为时间与几何点以光速度C运动走过的路程成正比，因此有下式： R(t) = Ct = x i+ y j + z k i ，j ，k 分别是沿x轴、y轴、z轴的单位矢量。以上就是时空同一化方程，这个时空同一化方程是基本的，从这方程出发可以导出时空相对性方程。 将上式两边平方，结果为： r² = c²t² = x²+ y² + z² r是矢量R的数量，c标量光速。以上方程在相对论中也出现过，相对论中被认为是四维时空距离，以上方程实际上也反映了时间、空间本质是相同的，时间的本质就是空间本身的运动。 我们还可以用逻辑来证明时间的物理定义。 我们把一个人用宇宙飞船送到几百亿亿亿光年远的一个空间区域里，把这个人丢下来后，飞船立即飞回来。这个空间区域里别的星球离得都非常非常的遥远，可以设想，这个人仍然有时间的感觉？是什么质点运动使这个人有了时间的感觉？这个情况下，仅有这个人的身体而已。正确合理的看法是： 时间是我们观测者对自己身体在空间中运动的一种感受。 有人认为，在没有人类之前的宇宙照样有时间，所以时间是人的感觉的观点是错误的。其实“没有人类之前”这句话是一个病句，没有了人哪来的没有人类之前。没有我们人哪来的前后，上下左右，东西南北？ 明确了时间的物理定义我们可以从时空同一化方程进一步解释光速不变。 以上分析指出，时间的量与光速>运动空间的位移量成正比。光速>C = R/ t在数学上是一个分式，光速中的分子----空间位移R和光速中的分母-----时间t是一个东西，是我们人为的把一个东西叫成两个名字。比如，张飞>，又名张翼德>，虽然是两个名字，但是，指的是同一个人。 而对于物体发光，可以认为光源周围空间以光速运动，光子是静止于空间中，被空间本身的运动带着向外跑的。 |