时空观念发展简史及其必然且必需的新发展

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1、时空观念发展简史及其必然且必需的新发展一切物质都在时间和空间中运动，研讨一切物质运动都必须既研讨时间，又研讨空间、以及它们的相互关系。时间和空间都是客观存在，不以人们的意识为转移，人们只能在实践、认识，再实践、再认识，的过程中，逐步全面、深入的认识“时空”。而对“时空”认识的发展变化，也必将逐步全面、深入地改变对一切物质运动的认识。1．时空观念发展简史1．1．.我国古代哲人对“时空的精辟论述我国战国时期哲人尸佼就有所谓：上下四方谓之“宇”；古往今来谓之“宙”的论述，表明：“宇“是有“东、南、西、北

2、”或“左、右、前、后”，4方，和“上、下”2方的，有正、反方向的，3维的“空间”；“宙”是“从古到今”唯一方向的，1维的“时间”；这就已是“4维时空”矢量，的基本思想。已对“宇宙”，即“时空”，作了非常精辟论述。1．2．经典物理学的时空观经典物理学已经注意到运动的相对性和方向性，研究物体的运动矢量，就要确定相应的参考系。经典物理学把时间看作与参考系无关的绝对参量(即所谓“绝对时间”)，仅对空间采用3个彼此线性无关的 (对于正交系，为彼此正交的) 23轴矢组成的轴矢系，表达空间位置矢量。而其各分量的

3、“模长”又都是时间的函数。一切物理矢量也就都可采用相应的3维矢量全面具体地表达。3维的代数和解析矢算就成为经典物理学必不可少的重要工具。不同参考系“牵引运动”(即：2个参考系中心相互运动) 的相互变换，“惯性牵引运动”(即：2个参考系中心间有力相互作用)都是“伽利略变换”。这样，就已可统一表达、研讨，并演绎推导出，从苹果落地到天体运行的力学，以及热学、电学、磁学，广泛的，物质运动规律。但是经典力学始终无法解释一些重要实验所显示的，一切高速(其运动速度与光速相比，不可忽略) 运动，和非惯性牵引运动，

4、大时空范围内，粒子运动规律的重要事实。1．3．狭义相对论的时空观  迈克尔逊光学实验不满足经典物理学必有的“伽利略变换”，使经典物理学陷入困境。狭义相对论打破经典物理学“绝对时间”的错误观点，采用欧基里得(Euclid)4维时空的闵可夫斯基(Minkowski)矢量表达客体的时空位置，即由4个彼此线性无关的 (对于正交系，为彼此正交的)轴矢组成的轴矢系，表达时空位置矢量，其中时轴分量的模长由ict (i是虚数符，即-1的平方根，c是惯性牵引运动参考系真空中3维空间光速，t是时间) 表达，以洛仑兹(

5、Lorentz)变换取代伽利略变换，才圆满地解决了经典力学始终无法解释的重要问题。并从而建立起相对论性物理学，而经典物理学只是其在3维空间的低速 (其在323维空间的运动速度与惯性牵引运动系真空中光速相比可以忽略) 的近似。应用于通常 (惯性牵引运动系) 的电动力学，还能使其方程更加规格化和美化，从而能统一表达并研讨包括实物粒子, 光子和电磁场等更加广泛得多的，各种形态的物质运动特性。但是，它仅适用于惯性的牵引运动。1．4．广义相对论的时空观广义相对论进而指明：由于非惯性牵引运动系 (各牵引运动系

6、之间有相互作用)中时空的弯曲特性，通常欧基里得平直时空的闵可夫斯基矢量已不适用于时空中的各点。通常就不得不放弃使用矢量，而采用曲线坐标直接表达时空各点的位置。广义相对论再利用黎曼时空“度规张量”的各“元”作为参量，类比由库伦(Coulomb)静电定律转变到马克斯威尔(Maxwell)方程组的变换规律，建立相应的运动方程。而由牛顿(Newton)引力定律转变为爱因斯坦(Einstein)引力场方程。用以处理一些按牛顿理论与实测结果显著偏离而长期未能解决的(例如；水星近日点的进动)；或者分别按两种理论

7、，其结果有显著差异且可提出实测检验比较的，精细天体运动引力问题(例如；光子在引力作用下频率的红移和运动方向的偏折)。后经实测检验，都是广义相对论的结果与实测很好地相符。最近还由实验卫星 (LAGEOS1and2),直接观测到地球引力在其附近空间造成的弯曲。从而充分证实了它的正确性，并使人们对时空特性有了更加全面深入的认识，还为发展天体物理和宇宙学奠定了基础。但是广义相对论虽已能解决牛顿引力理论与实测的偏离，23却由于没有相应的矢量表达和矢算工具，特别是非惯性牵引运动系各类多线矢的微分、偏微分还都与

8、时空联络系数(黎曼-克利斯托夫(Riemann-Christoffel)符号)有关，且各有确定的不同取向的相应组分。现有的各种数学工具都不能确切地进行4维时空各类多线矢和矢量场间统一的，连续演绎的代数和解析矢算。以致甚至作为广义相对论重要基础的爱因斯坦场方程，也只能带有猜测性地由分析度规张量的特性而得到，并不能演绎地导出，且迄今仍仅限于在“引力”这唯一的领域内应用，并使得处理惯性与非惯性牵引运动，欧几里得与黎曼时空，狭义相对论与广义相对论的问题，从基本逻辑结构开始就采用完全不同的两