空間、時間是什么ppt課件

1、 空間、時間是什么？他人在很小的時候就曾經(jīng)搞清楚了，而我的智力發(fā)育遲，長大了也未搞清楚，于是，我不斷揣摩這個問題。結果就比他人鉆得深一些。 愛因斯坦第二章第二節(jié)時空觀MAKESIZHUYIZHEXUEYUANLIDIERZHANGDIERJIESHIKONGGUAN 1 時間和空間是物質的存在方式。 時間是其繼續(xù)性、前后相繼的順序性；空間是其廣延性、伸張性和與它事物的間隔等。一 時間、空間概念 二 時空觀及其革命時空概念二章二節(jié) 2 空間的特點是它的三維性 指的是任何現(xiàn)實的存在都只能在三個方向上表達本人的廣延、伸張和與它事物的間隔。 3 時間的獨一特性是它的一維性 時間只需一個方向。這是由于物

2、質運動不能夠完全等同地反復。因此又稱“不可逆性或“一去不復返性。時空概念 4 時間空間與物質運動不可分割面對一個小孩子，他能把他的年齡、形體從他身上“剝離下來嗎？要了解一個詳細事物有本人的時空性質并不難。困難在于了解沒有絕對獨立的時、空。即沒有什么事情發(fā)生而“白白流逝的時間和沒有事物的“空框子。這方面的論證我們放在稍后再討論。時空概念5 客觀性 對時、空的客觀性的了解和對運動客觀性的了解一樣即：時間、空間并非“獨立真實的客體，它們的客觀性是作為物質的存在方式而被物質所賦予的。時空概念 6 有限性與無限性 可表述為：詳細事物、景象有開端和終了、有外形和邊沿，因此是有限的。而作為物質存在方式的時間

3、和空間是無限的，無始無終，無邊無際。時空概念 假設時間有開端和終了，那么，開端以前是什么？終了以后是什么？假設空間有邊沿，那么。邊沿之外是什么？ 時空概念因此，現(xiàn)實的時間和空間，只能 是無限的。只能是：此岸世界、上帝。可用反證法來證明：二時空觀的歷史開展 可以這樣表述：時空觀是人們對于時間、空間的看法或觀念的總稱。包括：對時空的認識科學的或閱歷的、了解明智的或直觀的和期望。1 時空觀時空觀 時空觀是最通俗、最經(jīng)常的日常觀念之一。 時空觀在日常生活中，人們的這種觀念已表現(xiàn)為各種稀松平常的“生活習慣。1 當我們說：“這個雞蛋真大、“這個西瓜太小時，決不會真的以為雞蛋會比西瓜大。 早晨，特別是嚴寒冬

4、天，起床號吹響：“今夜怎樣這么短，我才剛剛睡下。時空觀 第四節(jié)課，肚子餓了：“這節(jié)課怎樣這么長 。 一位60歲的老人感慨道：“三十八年過去，彈指一揮間；而假設對一位八歲的孩子說：“他都這么大了，只差十幾年就要結婚了。他能了解嗎？時空觀 都知道刷一次牙能夠要用幾分鐘而決不會一上午，吃一頓飯能夠吃幾小時決不會一個禮拜； 電影、電視中的“好人被押上刑場，劊子手已舉起屠刀即將砍下的一剎那，一定會有一個暗器正好打在舉起屠刀的那只手上；日本鬼子對群眾架起機槍，就要扣動扳機的一瞬間： 一定要有一個聲音響起：“住手，我就是他們要找的八路軍。時空觀 一定的時空觀是人們了解世界的“框架，表達了他的胸襟和眼界。 都

5、知道：“站得高才干看得遠，生活的狹窄呵斥胸襟的狹隘。“井底之蛙這口井便是它的全部世界。 春生夏死的蟬不明白冬天，朝生暮死的蜉蝣不了解黑夜。古人說：“曾經(jīng)滄海難為水。時空觀2 相傳有一個人跟鄰居爭論一尺房基地，老母親寫一封信給城里當宰相的兒子，希望他來“壓一下鄰居。時空觀兒子回信卻說：“讓他三尺又何妨？ 一定的時空觀是人們暴露和表達本人心靈的“窗口。有的人，生活在理想的未來，現(xiàn)實總使他牢騷滿腹。有的人，向后看，生活在舊日的輝煌和陳芝麻爛谷子的恩怨之中；有的人，只生活在腳下一灘爛泥之中。時空觀3 歷史學家的目光在縱覽千年上下，天文學家的眼界以光年計；政客的目光盯著本人上方的權益的寶座；庸人的目光只

6、在本人的鼻尖。時空觀 在我們的先祖那里，時、空與實踐事物嚴密聯(lián)絡。例如： “二指寬、“五十步、“頭發(fā)絲那么細、 “一頓飯功夫、“一眨眼間、“下次月園、“樹葉又黃了三次、“燕子飛來。 魯迅先生寫小說時，用：“大約烙幾張餅的功夫 來描畫時間。時空觀 / 古代2 古代樸素的時空觀 我國先哲，猜測到了時空的無限。 “天地四方為宇，古往今來為宙。 “一尺之錘，日取其半，乃世不竭。 “有始也者，有未始有始也者，有未始有夫未始也者，有有也者，有無也者，有未始有無也者，有未始有夫未始有無也者-莊子 齊物論時空觀 / 古代 隨著人們相互交往的經(jīng)常和擴展，需求一些共同的“規(guī)范，于是，人們商定了一些測度時間和空間的

7、“尺度和“規(guī)范，如： 兩手伸開一碼， 兩手對起來一呎 “一箭之地，“一炷香功夫，太陽當頂是“午時，晝夜相交之中是“子時，一個月按月亮的盈虧分為“晦、“望假設干日等等。時空觀 / 古代 以后，規(guī)范日愈完善和準確，漸漸取代了事物本身的位置，就好似一個人的影子取代了主人的位置，人倒成了影子的附屬一樣。時空觀 / 歷史3 近代形而上學絕對時空觀 我們?nèi)缃裆钤谝粋€高度規(guī)范化的時代，規(guī)范化已成為我們生活中的習慣，熟悉到忘記的程度。 全球分為24個時區(qū)，人們在可以用相互簡單換算的“東京、“格林威治 、“紐約、“北京時間來游覽、通訊、消費、作息-時空觀 / 近代 中國消費的車箱，日本消費的鐵軌，歐洲消費的車

8、頭，由美國人在非洲組裝，火車就能飛駛。 買來遙遠美洲消費的電器，不用耽心插不上家里的插座。 市場上四處充斥著“進口零件，國內(nèi)組裝的產(chǎn)品。 假設有朋友自洛杉磯飛來，查詢班機時辰表，就能準時去機場接機。時空觀 / 近代 時間象一個均勻流逝的“帶子，與事件過程本身性質無關，各種事物和過程，只不過在這“帶子上打下“印記而已?？臻g好比一個“箱子。放進東西或取走東西，箱子依然存在。先祖?zhèn)兊臉闼貢r空觀完全被丟棄了，時間、空間與事物及過程完全割裂。這就是“絕對時空觀，又稱“牛頓時空觀。 這樣，人們逐漸構成了這樣的時空觀：時空觀 / 近代 牛頓時空觀在了解和處置日常生活是沒有疑義的。在處理地地球上我們通常以為的

9、“科學的和“技術的問題時，有廣泛的普適性，而且曾經(jīng)很準確。但是，用來闡明整個世界的根本問題卻行不通。就如高速飛行的飛機里，機艙壁上圍著一塊污跡爬行的蒼蠅用它的閱歷來解釋飛機的運動一樣。時空觀 / 近代 要解除絕對時空觀的思想禁錮需求科學資料。在馬克思的時代，雖然提出了辯證時空觀的原理，但尚找不到科學根據(jù)，由于那時候科學的眼界還停留在地球上尋常事物中。哲學作好預備，耐心地等待著科學的開展。時空觀 / 近代 三愛因斯坦相對論和 時空觀念革命 科學現(xiàn)實終于出現(xiàn)了。即本世紀初的愛因斯坦相對論。這是一場震撼人心的科學革命事件，引起了一場深化而徹底的觀念革命。 【1】 狹義相對論1905年 1905年6月

10、發(fā)表在德國上的一篇論文。文章只需幾頁，既沒有文獻引證，又沒有權威著作的征引，一開場便單刀直入地提出絕對靜止是不能夠成立的。接著，提出光速不變公設，論證“同時性沒有意義，和他著名的變換方程。這就是后人所稱“狹義相對論。同年9月，發(fā)表一文。只需三頁，文中推導出著名的質能相關式E=mc2.。物體的質量是能量的量度，輕而易舉地開辟了新的能源原子能。當年愛因斯坦26歲。是瑞士小城伯爾尼專利局的一個小職員。狹義相對論 聽說，愛因斯坦還是一個十四 歲的中學生時，一次忽然想象，假設本人乘坐一列火車追著一束光前進，會看到什么？ 答案是：會看到光不再是一束“光線，而是原地振動的點。這就是著名的“追光詳謬。狹義相對

11、論 “追光詳謬其實是一種參照系的 變換。靜止參照系變?yōu)檫\動參照系，觀測者“參與 運動之中。 可以拿生活中常見的事打比如。假設我們站在鐵軌旁，看到火車有如一條線從眼前開過。而假設我們坐在火車里，就只感到顛簸和搖擺。我們生活在地球上，不感到它在運動，而假設在月球上看，會看到地球在飛快旋轉1100m/秒。假設站在太陽上看，會看到地球在飛快地飛馳3000m/秒。狹義相對論 我們過去熟知的非常權威的丈量標 準和方法，實踐上只適用于地球上大物體的低速運動。但我們卻以為這就是一切運動的規(guī)那么。 狹義相對論 t(tv/c2 x), (xvt)x, y y, zz.減少因子1/1- (v/c)2 下面，我們將愛

12、因斯坦的計算公式簡化，簡單計算一下：而當v相當大，大到接近于光速c時： 這就是“尺縮效應和“鐘慢效應。當然，這種效應僅相對靜止參照系而言，在運動中，時間和空間的覺得依然如常。VtT（小時）I0（m）L(m)0.9c1小時2.29410.4360.98c1小時5.02510.1990.99c1小時7.0910.141狹義相對論 這種效該當然引起了人們的無窮 想象：假設有一對雙胞胎兄弟，在他們20歲那年，其中一個兄弟乘坐速度為 0.99c的火箭遨游太空，而另一位兄弟留在地球上，一年以后，那位21歲的太空游子前往地球，會發(fā)現(xiàn)本人的同齡兄弟已是74歲的老翁了。這就是人稱“雙胞胎詳謬的想象。狹義相對論

13、狹義相對論的觀念革命意義在于： 將時、空的丈量規(guī)范和方式與實踐事物的時、空性質區(qū)分開來。 突破了過去以為丈量就是時空本身的誤解，“影子就是影子，“地圖絕不是領土。狹義相對論 突破了絕對時空觀對人們長達數(shù)百年的統(tǒng)治，為辯證時空觀提供了科學根據(jù)。 使牛頓的實際成為非常有限范圍內(nèi)的特殊實際，突破了長期以來對人們思想的禁錮。狹義相對論 【2】廣義相對論1915 狹義相對論完成后，愛因斯坦基于把相對性原理貫徹究竟的信心和哲學認識論的原那么，又向廣義相對論進軍。 經(jīng)過10年的探求，在狹義相對論的根底上，加上引力場作用，1915年11月，愛因斯坦完成了他的論文，同時，處理了長期困擾物理學界的勒維烈水星近日點

14、運動。 廣義相對論從此圖開場以下三張背景為現(xiàn)代數(shù)學“混沌學的計算機繪制圖形 在一文中，愛因斯坦的思想已爐火純青，實際范圍極大，概念非常明晰，對一切參照系都適用。經(jīng)典的守恒定律失去了原有的意義，僅僅成了一些恒等式，過去曾權威的引力對物體運動的影響失去了意義。時空與物質親密相關，是運動著的物質存在的方式?！翱臻g、時間未必能被看作是一種可以分開物理真實的實踐客體而獨立存在的東西。物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延。 徹底地否認了牛頓的絕對時空觀。廣義相對論 廣義相對論因很快得到科學的證明而引起驚動，愛因斯坦提出的假設干假說令人瞠目結舌。數(shù)十年來，它們一一被科學觀測所證明。至今天，還未

15、發(fā)現(xiàn)一例與之不相符的觀測?，F(xiàn)列如下：廣義相對論1紅移景象假說 愛因斯坦預言：由于引力場的作用，大質量星球的光譜線會移向光譜紅端，即光的引力頻移。 1924年，亞當斯WAdams對天狼星伴星的察看，1923年1928年五年中繼續(xù)不斷地對太陽外表Fe 、Ti、 Cu光譜觀測，與預言相符。1958年穆斯保爾R L Moss Bauer效應發(fā)現(xiàn)后，實驗室中利用射線實驗也與預言相符。廣義相對論2恒星位置假說 愛因斯坦預言，由于引力作用，光線實踐上是彎曲的，因此，我們平常觀測到的恒星位置是有誤差的。大約在1.74 。 為了證明這一預言，德國曾在1914年組織調(diào)查隊前往俄國克里木半島，預備在全日食情況下進展

16、觀測。恰逢第一次世界大戰(zhàn)迸發(fā)，調(diào)查隊人員全部被俄國作為戰(zhàn)俘拘留，至使這次觀測未能進展。廣義相對論 1919年，英國皇家學會組織了兩支科學調(diào)查隊，一支前往西非北部的索布拉爾，一支前往西非幾內(nèi)亞灣的普林西比島后一支調(diào)查隊由著名天文學家愛丁頓Arthur Stanley Eddington1882-1944率領。普林西比的結果是1.610.30，索布拉爾的結果是1.980.12, 在誤差允許范圍內(nèi)與預言1.74 相符合。以后，在1954、1957年的調(diào)查與預言完全符合。廣義相對論3地球引力場強度假說 根據(jù)廣義相對論計算，地球的引力場強度是不均勻的，近中心者強度大，隨間隔拉開逐漸減弱，這種強度差別，會

17、使得時鐘快慢發(fā)生差別。 根據(jù)這個計算，1960年，龐德和雷布卡作了一個實驗，在距海平面22.6m的塔頂和塔底各置一鈉鐘，測出其快慢差為2.510-15秒，與預言完全符合。廣義相對論4引力波假說 1974-1978五年間對PSR1913+16雙星觀測，該雙星質量大，體積小，密度極大，軌道周期僅8小時。其中之一為脈沖星，脈沖星周期59毫秒，每周期減少萬億分之三310-13，近五年上億次觀測記載，參數(shù)精度達百億分之一10-11觀測結果與預言完全相符。廣義相對論5黑洞假說 廣義相對論 廣義相對論開場并不為大多數(shù)人所了解。 相傳一次皇家學會的聚會上，人們都說，世界上只需三個人懂廣義相對論。除了愛因斯坦，

18、他的教師閔可夫斯基，人們以為第三個人當然是愛丁頓了?？墒?，愛丁頓卻說：“我也在想，這第三個人是誰？廣義相對論 學者們大多不懂廣義相對論，主要原 因是愛因斯坦運用了當時鮮為人知的黎曼幾何，張量計算，絕對微分等數(shù)學方法，運用克里斯多夫符號，閔可夫斯基Hermamm Minkowski 1864-1909四維時空統(tǒng)。從而，愛因斯坦促進了一門新的學科非歐幾何學的開展。非歐幾何 如今，人們都知道非歐幾何與愛因斯坦的關系。其實，在愛因斯坦以前，非歐幾何就悄然地產(chǎn)生了，只是由于派不上什么用場，不斷停留在“純數(shù)學領域而鮮為人知。似乎數(shù)學家們默默地為在為廣義相對論預備數(shù)學工具。非歐幾何 廣義相對論發(fā)表后，愛因斯

19、坦又在非歐幾何學方面做出了出色的奉獻，作為非歐幾何開創(chuàng)人之一被載入史冊。非歐幾何【3】非歐幾何簡介 非歐幾何最開場是幾位數(shù)學家分別單獨研討的幾種幾何學，他們是：高斯1778-1855，N T 洛巴切夫斯基1793-1856，黎曼1828-1866等。 最早以完好方式發(fā)表在1833年。高斯 非歐幾何 非歐幾何實踐應稱為“微分幾何或“非正那么幾何。由于其與傳統(tǒng)的歐幾里德幾何學不同而被俗稱為“非歐幾何。在我們熟知的歐氏幾何中的根本概念如：點、線、面，在非歐幾何中沒有這種概念，相當于這些概念的是“未下定義的物質形體。如黎曼幾何中的“流形。其中，既有物質的廣延，又包含時間。非歐幾何黎曼流形 歐氏幾何中極

20、重要的“對稱性、“全等性、“不變的角非歐幾何中沒有這樣的概念，相當?shù)氖恰安糠智市再|，即“非正那么性質。非歐幾何 在計算上，主要是微分、拓樸，甚至“絕對微分法即沒有固定坐標的微分系統(tǒng)。非歐幾何門類很多，這里簡單引見兩種，即洛巴切夫斯基幾何和黎曼幾何。 非歐幾何 洛氏幾何又被稱為“宇宙幾何。由于它描畫的是大尺度空間，又稱為“內(nèi)蘊幾何。其最大特點是“保形性。非歐幾何t非歐幾何 L2 洛氏平面表示圖 在黎曼幾何中，任何一個“黎曼流形都是一個“張量場，其中任何一點都具有四個方向上的性質，這是一種“部分坐標性質的幾何，只能用無一致坐標的“絕對微分法計算，因這一性質，又被稱為“無坐標幾何或“無定那么幾何。

21、非歐幾何 自愛因斯坦后，這些數(shù)學方式已有了廣泛運用，例如我們?nèi)缃裾f的什么“宇宙爆炸、“宇宙收縮、“黑洞、“脈沖星、“白矮星等，都是運用這兩種數(shù)學方法和愛因斯坦公式計算的結果。非歐幾何非歐幾何 非歐幾何學把形而上學時空觀打得落花流水，閔可夫斯基1907年在哥根延數(shù)學學會上的報告說：“從如今起，孤立的空間和孤立的時間注定要消逝為影子，只需兩者的一致才干堅持獨立存在。時間、空間只能是物質的性質和方式，分開是什么物質和物質的實踐情況，時間、空間沒有意義。 在非歐幾何里，時空不可分割。時空與物質不可分割是根本的原那么。非歐幾何 愛因斯坦相對論發(fā)表后，特別是二十世紀六十年代以來，不僅實驗驗證如雨后春筍，而且，也成為相對論天體物理學、高能天體物理學和宇宙學的實際根底。類星體、脈沖星、致密x射線源、3K宇宙、微波背景輻射、黑洞、引力波等等的發(fā)現(xiàn)和探測，宇宙大爆炸實際和各種宇宙模型紛紛出現(xiàn)。而且，如今仍在開展。相對論【4】相對性 一種現(xiàn)代觀念 愛因斯坦的相對論出現(xiàn)后，影響遠遠超出了物理學的范疇，引起了一場深化的觀念革命，這就是相對性觀念。相對性 關于相對性，愛因斯坦曾幽默的比如：當他坐在一個得意的女孩子身邊時，一小時像一分鐘那么短；而當他坐在