试论物理学时间和空间的关系

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1、试论物理学时间和空间的关系电子信息工程（职师）施家建[摘要]时间和空间是物理学中的重要概念，本文主要从概念入手，论述时空观在物理学中的发展过程，重点介绍绝对时空观与相对论时空观，并运用数学手段和方法对各时期的时空性质及其局限性进行较深层次的探讨。使人们正确理解时间和空间的关系，领会相对论时空观的内容，培养发散思维。[关键词]时间;空间;时空性质;绝对时空观;相对论时空观DiscussionontherelationshipbetweentimeandspaceinphysicsElectronicandInfo

2、rmationEngineering(vocationalteacher)SHIJia-jianAbstract:Timeandspaceareimportantconceptsinphysics,thisthesisstartfromtheconcept,discussesthedevelopmentprocessofconceptionoftimeandspaceinphysics,focusesonabsoluteconceptionoftimeandspaceandconceptionoftimeand

3、spaceinrelativity,andusemathematicalmeansandmethodstoexplorethecharacteristicsandlimitationsoftimeandspaceineachperiod.Tomakepeoplecorrectlyunderstandtherelationshipbetweentimeandspace,andunderstandthespatiotemporalcharacteristicsofrelativity,andthendevelopd

4、ivergentthinking.Keywords:Time;space;spatiotemporalcharacteristics;absoluteconceptionoftimeandspace;conceptionoftimeandspaceinrelativity引言什么是时间？什么是空间？从古至今，关于时间和空间是什么的问题，一直在被讨论着。在古代，人们对时间和空间的认识大多是建立在主观认识和感性认识上，只是朴素的认识。直到以牛顿、伽利略等人为代表的经典物理时代，人们对空间和时间才具有较完整的认识，并

5、且用数学公式将它们表达出来，经典物理的时空观曾被作为科学真理兴盛了两个多世纪。但是，从20世纪开始，物理学开始深入扩展到微观高速领域，这时发现经典时空观在这些领域不再适用，物理学的发展要求对经典时空观作出根本性的改革。这种改革终于实现了，那就是相对论的建立，它彻底地改变了人们对时间和空间的认识，颠覆了人们之前的时空观，并且在一定范围内接受住了实践的检验。虽然还有不完备之处，但仍可以说，相对论时空观是现今为止最科学的时空观。因此，通过本篇论文的探讨和学习，我们可以对人类时空观转变和发展有所了解，形成正确的时空观念

6、，增加对物理学的兴趣，提升分析问题的能力。1古代时空观在古代的时空观中，最系统全面地研究时间和空间的是亚里士多德。他认为空间是一种独立于物质的存在，充斥着整个宇宙，包围着物质。亚里士多德论述说：“离开了空间之后，任何事物都不能存在，但空间却可以离开别的事物而存在；当其所包围的物体灭亡之时，空间并不灭亡；空间可在物理离开以后单独存在，因而是可分离的”[1]96。这种认识虽然片面且无严谨的科学论证，但确实符合直观经验，有一定的经验根据。所有物质都有一定的体积，从而占有一定的空间。如果没有空间，物质就没有存在的场所。

7、另外，我们从直接经验来看，物体从其位置移走以后，其所占据的空间还可容纳别的物体，因而可认为空间像容器一样可以离开物体而存在。但同时，亚里士多德还认为空间是不能移动的容器。“恰如容器是能移动的空间那样，空间是不能移动的容器。”[1]103这种认识是对经验事实的合理概括和抽象。亚里士多德认为空间分为两类：“一是共有的，即所有物体都在于其中的；另一是特有的，即每个物体所直接占有的。”[1]95这种对空间的理解既有对经验事实的直观认识，也有以此为基础的抽象概括。人们能够直接观察、测量的是物体的“特有空间”，而对“共有空

8、间”的认识是以“特有空间”为基础的。亚里士多德从大量具体的“特有空间”中提炼并概括出一般的共同的空间，这是古代关于空间认识的一大进步。时间之于事物的运动，恰如位置之于运动的事物。亚里士多德对时间的定义是：“依先后而定的运动的数目”，其中“依先后而定”指的是均匀计数的方式，“运动的数目”指的是按此方式衡量运动所得到的一个个数目，即“现在”的系列。按照这个定义，时间具有连续性，时间的连续性