时空简论

刘金勇

山东省诸城市昌城镇中心学校（邮编：262216）

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摘　要：自相对论创立以来，物理学上共存着两种互不相容的时空理论体系，一种是以同时的绝对性为出发点的牛顿力学，一种是建立在同时的相对性上的相对论力学。两种不同的时空观引发的争论持续了一百多年仍无结束的迹象。分析两种时空理论建立的过程，就会发现，它们都是基于某些事实或臆测，缺乏对时空基本属性的认识，缺少共同的标准与规范，产生矛盾与分歧是在所难免的。针对存在的问题，本文从时间的测量、校钟原理与方法、事件及其坐标、同时性、时空点的分类、时空距离、时空曲线与轨迹、时空变换等方面系统论证了时间与时空的基本性质，为人们用科学的态度审视现有理论和进一步研究时空问题做了必要的准备。

关键词：时间、事件、同时、惯性系、时空、相对论、变换

0．         引言

时空是二十世纪初期爱因斯坦大师为创立相对论而提出的一个新概念，但人们对时空的认识要追溯到牛顿运动学建立之初，爱因斯坦的工作只不过是对牛顿的经典时空观进行了大胆的变革，相对论在科学界引起的轰动足以证明这一变革的巨大成功。

一百多年来，相对论引领着物理学的新潮，主导着科学前沿的研究方向，学者们无不抛弃大脑中根深蒂固的牛顿时空理念来接受这种新思想的洗礼，学相对论成为时尚，懂相对论成为一种荣耀。应当说，新的时空理论一旦建立，原有的时空理论就会失去生命力，但毕竟学懂相对论的人太少，太多的人们仍然按照牛顿的经典时空观来认识事物、思考问题、寻求答案。新的时空理论并没有完全取代旧时空理论或把旧时空理论驱逐出科学殿堂，而是与旧时空理论共存于物理科学领域。

了解相对论的人们都知道，新旧两种时空理论存在着极大的矛盾，一种认为同时是相对的，另一种认为同时是绝对的。人们面对相互矛盾的两种时空观所带来的诸多困惑，无法确定该采用何种时空理论而舍弃其反面。也有的学者从相对时空观中读出了它离经叛道的道理，与相对论展开了持久的论战。这是一场没有结果也没有结束的较量，因为两种时空理论所使用的是不同的规则，在它们的较量中既没有公共的准则，也没有公正的裁判。

本文不在于评判两种时空理论的优劣对错，而重在探索建立时空理论应当遵循的准则与规范，提出和解决有关时空的基本属性问题，为人们用科学的态度审视现有理论和进一步研究时空问题提供借鉴。

纵观两种时空理论产生分歧与矛盾的原因，在于它们都缺少对时空基本属性的研究。其建立过程，都是基于某些事实或臆测，缺少共同的准则与规范，同时又无法用实验验证其真伪。因此，研究时空的基础理论，解决时空基本属性问题，是修正和完善现有时空理论的必由之路。

时空即空间与时间的结合，两种时空理论矛盾的焦点集中在对时间概念的不同理解上。钟是用来测量时间的仪器，那么钟的工作原理是什么？校钟必须使用光信号吗？必须使用沿直线传播的光信号吗？这些问题如果不解决，就无法取得对时间概念的共识，也就不能正确地认识时空。本文将从研究计时的基本原理入手，得出时间的有关性质，进而研究时空的基本属性问题。

随着现代科技的不断发展，光纤、导线的应用，为光、电信号沿曲线路径的传输提供了可能。能够为我们所用的，不仅有光信号，而且也有其它信号；不仅有沿直线传播的信号，而且也有沿曲线传播的信号。这些不同种的和以不同方式传播的信号，为我们认清时间的本质、把握时间的属性提供了可能。

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