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空間和時(shí)間的關(guān)系（廣義相對(duì)論）

發(fā)布時(shí)間：2023-03-05 19:08:32 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 129 問大家

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本文目錄:

1、空間和時(shí)間有什么聯(lián)系？
2、空間與時(shí)間有什么關(guān)系
3、時(shí)間，空間的關(guān)系是什么
4、愛因斯坦相對(duì)論里的時(shí)間與空間的關(guān)系

空間和時(shí)間的關(guān)系（廣義相對(duì)論）

一、空間和時(shí)間有什么聯(lián)系？

準(zhǔn)確的說，時(shí)間并不存在，它只是空間的一種表現(xiàn)，它不能離開空間單獨(dú)存在。在一塊沒有任何物質(zhì)的純粹空間中，時(shí)間就沒有任何存在的價(jià)值，這時(shí)，時(shí)間就合并到空間中去了（別忘了，它是空間的一種表現(xiàn)），純粹空間中并不需要時(shí)間。當(dāng)在純粹空間中出現(xiàn)物質(zhì)時(shí)，時(shí)間就必須從空間中分離出來，以支持物質(zhì)的存在。時(shí)間就是這樣產(chǎn)生的，它是空間的一部分，它依賴于空間而存在。而時(shí)間又是物質(zhì)的表現(xiàn)，所以甚至可以認(rèn)為，你眼前的一切物質(zhì)都是時(shí)間，所以時(shí)間是物質(zhì)。這就是時(shí)間的本質(zhì)。

時(shí)間和空間聯(lián)系在一起，組成四維時(shí)空。時(shí)間、空間是互相聯(lián)系的。

二、空間與時(shí)間有什么關(guān)系

空間和時(shí)間是事物之間的一種次序?？臻g用以描述物體的位形；時(shí)間用以描述事件之間的先后順序。空間和時(shí)間的物理性質(zhì)主要通過它們與物體運(yùn)動(dòng)的各種聯(lián)系而表現(xiàn)出來。

在物理學(xué)中，對(duì)空間和時(shí)間的認(rèn)識(shí)可以分為三個(gè)階段：經(jīng)典力學(xué)階段、狹義相對(duì)論階段及廣義相對(duì)論階段。

在經(jīng)典力學(xué)中，空間和時(shí)間的本性被認(rèn)為是與任何物體及運(yùn)動(dòng)無關(guān)的，存在著絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中說：“絕對(duì)空間，就其本性來說，與任何外在的情況無關(guān)。始終保持著相似和不變”“絕對(duì)的、純粹的數(shù)學(xué)的時(shí)間，就其本性來說均勻地流逝，而與任何外在的情況無關(guān)”。

另一方面，物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和規(guī)律，卻與采用怎樣的空間和時(shí)間來度量它有著密切的關(guān)系。相對(duì)于絕對(duì)空間的靜止或運(yùn)動(dòng)，才是絕對(duì)的靜止或運(yùn)動(dòng)。只有以絕對(duì)空間作為度量運(yùn)動(dòng)的參照系，或者以其他作絕對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的物體為參照物，慣性定律才成立。即不受外力作用的物體，或者總保持靜止，或者總保持勻速運(yùn)動(dòng)。這一類特殊的參照系，被稱為慣性參照系。

任何兩個(gè)不同的慣性參照系的空間和時(shí)間量之間滿足伽利略變換。在這種變換下，位置、速度是相對(duì)的，即相對(duì)于不同參照系其數(shù)值是不同的：長度、時(shí)間間隔是絕對(duì)的，即相對(duì)于不同參照系其數(shù)值是不變的，同時(shí)性也是絕對(duì)的。相對(duì)于某一慣性參照系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，相對(duì)于其他的慣性參照系也必定是同時(shí)的。另外，牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下保持形式不變，這一點(diǎn)符合伽利略相對(duì)性原理的要求。

正是這個(gè)相對(duì)性原理，構(gòu)成了對(duì)牛頓的絕對(duì)空間概念的懷疑的起點(diǎn)。如果存在絕對(duì)空間，則物體相對(duì)于這個(gè)絕對(duì)空間的運(yùn)動(dòng)就應(yīng)當(dāng)是可以測量的，這相當(dāng)于要求在某些運(yùn)動(dòng)定律中含有絕對(duì)速度。然而，相對(duì)性原理要求物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律中必定不含有絕對(duì)速度，亦即絕對(duì)速度在原則上是無法測定的。萊布尼茲、貝克萊、馬赫等先后都對(duì)絕對(duì)空間、時(shí)間觀念提出過有價(jià)值的異議，指出過，沒有證據(jù)能表明牛頓絕對(duì)空間的存在。

愛因斯坦推廣了上述的相對(duì)性原理，提出狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理，即不但要求在不同慣性參照系中力學(xué)規(guī)律具有同樣形式，而且其他物理規(guī)律也應(yīng)如此。

在狹義相對(duì)論中，不同慣性系的空間和時(shí)間之間遵從洛倫茲變換。根據(jù)這種變換，同時(shí)性不再是絕對(duì)的，相對(duì)于某一參照系為同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，相對(duì)于另一參照系可能并不同時(shí)發(fā)生。在狹義相對(duì)論中，長度和時(shí)間間隔也變成相對(duì)量，運(yùn)動(dòng)的尺相對(duì)于靜止的尺變短，運(yùn)動(dòng)的鐘相對(duì)于靜止的鐘變慢，光速在狹義相對(duì)論中是絕對(duì)量，相對(duì)于任何慣性參照系光速都是c。

經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論都認(rèn)為一個(gè)慣性參照系可以適用于整個(gè)宇宙，或至少一個(gè)大的范圍。相對(duì)于某一個(gè)慣性參照系，宇宙中任何范圍中的物體運(yùn)動(dòng)都遵從慣性定律。

愛因斯坦在廣義相對(duì)論中指出，如果考慮到物體的萬有引力，一個(gè)慣性參照系只能適用于一個(gè)非常局部的范圍，不可能適用于大的范圍，或全宇宙。如果對(duì)于描寫一個(gè)局部范圍中的物體來說，某一參照系是慣性的那么對(duì)其他范圍中的物體運(yùn)動(dòng)而言，它一般就不再是慣性的。

為了描寫在一個(gè)大范圍中的運(yùn)動(dòng)，對(duì)不同局部范圍要用不同的慣性參照系。物體之間的引力的作用，就在于決定各個(gè)局部慣性系之間的聯(lián)系。

用幾何的語言來說，各個(gè)不同的局部范圍的慣性參照系之間的關(guān)系，可以通過時(shí)空曲率來規(guī)定。引力的作用就在于使空時(shí)變成彎曲的，而不再是經(jīng)典力學(xué)中的無限延伸的歐幾里得幾何的絕對(duì)空間，也不再是經(jīng)典力學(xué)中的無限延伸的閔可夫斯基空間。

總之，在廣義相對(duì)論中，時(shí)空的性質(zhì)不是與物體運(yùn)動(dòng)無關(guān)的。一方面，物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)要決定于用怎樣的空間時(shí)間參照系來描寫它另一方面時(shí)空的性質(zhì)也決定于物體及其運(yùn)動(dòng)本身。

量子論的發(fā)展，對(duì)時(shí)間概念提出了更根本的問題。量子論的結(jié)論之一就是：對(duì)于一個(gè)體系在過去可能存在于什么狀態(tài)的判斷結(jié)果，要決定于在現(xiàn)今的測量中做怎樣的選擇。所以，除非一個(gè)體系的過去狀態(tài)是已經(jīng)被記錄到了這種情況以外，不能認(rèn)為體系的歷史是獨(dú)立于現(xiàn)今的選擇，而存在于過去的時(shí)間中的。

這種現(xiàn)在與過去之間的相互關(guān)系，是與因果順序概念十分不同的，暗含于時(shí)間概念中的因果序列要求過去的存在應(yīng)是不依賴現(xiàn)在的。另外，量子論還表明，在10¯³³厘米、10¯³³秒這樣小的時(shí)空尺度中，描寫事件順序的“前”“后”概念將失去意義。

因此，用時(shí)間來描述事件發(fā)生的順序，可能并不總是合用的?？臻g與時(shí)間是事物之間的一種次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一種近似。

三、時(shí)間，空間的關(guān)系是什么

一般意義上講，時(shí)間是物質(zhì)存在的“持續(xù)”屬性，空間是物質(zhì)存在的“廣延”屬性。

他們都是物質(zhì)存在的屬性，它們的關(guān)系不是簡單的比例關(guān)系也不是簡單的轉(zhuǎn)換關(guān)系。他們之間的關(guān)聯(lián)是以物質(zhì)為媒介的，時(shí)間和空間都是相對(duì)的，對(duì)于不同的慣性系來說，時(shí)間和空間的尺度是不一樣的，他們都會(huì)因運(yùn)動(dòng)和引力而發(fā)生改變，物質(zhì)引力和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度會(huì)使空間發(fā)生彎曲，會(huì)把時(shí)間壓縮，具體的計(jì)算過程是非常復(fù)雜的，如果有興趣可以研究一下廣義相對(duì)論和量子力學(xué)等學(xué)科，在不同的理論學(xué)說中，時(shí)間和空間被給與不同的定義含義。

一般老百姓理解的就是簡單的歐幾里德幾何式絕對(duì)空間和均勻流逝的古典時(shí)間概念。在這種傳統(tǒng)意義上的時(shí)空概念中，時(shí)間和空間都是均勻的、互不相關(guān)的。

四、愛因斯坦相對(duì)論里的時(shí)間與空間的關(guān)系

相對(duì)論認(rèn)為超光速可以讓時(shí)光倒流，因?yàn)榭臻g是靜止的，有了時(shí)間維度之后我們周圍的一切才能動(dòng)起來，而時(shí)空穿梭則需要找到兩個(gè)時(shí)空的臨界點(diǎn)。

“時(shí)間”內(nèi)涵是無盡永前；外延是各時(shí)刻順序或各有限時(shí)段長短的測量數(shù)值?！翱臻g”內(nèi)涵是無界永在，外延是各有限部份空間相對(duì)位置或大小的測量數(shù)值。

由于愛因斯坦定義的時(shí)間是通過光傳遞過來的遠(yuǎn)處的鐘示數(shù)，因此時(shí)間和光掛鉤，和光速、距離糾纏不清。這個(gè)時(shí)間是主觀時(shí)間，不是各參照系公用時(shí)間，不能用于以更高速度（或更低速度）校準(zhǔn)時(shí)間的條件下。

空間和時(shí)間的關(guān)系（廣義相對(duì)論）

擴(kuò)展資料：

由愛因斯坦創(chuàng)立，依其研究對(duì)象的不同可分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。相對(duì)論和量子力學(xué)的提出給物理學(xué)帶來了革命性的變化，它們共同奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。相對(duì)論極大地改變了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“同時(shí)的相對(duì)性”、“四維時(shí)空”、“彎曲時(shí)空”等全新的概念。

不過近年來，人們對(duì)于物理理論的分類有了一種新的認(rèn)識(shí)——以其理論是否是決定論的來劃分經(jīng)典與非經(jīng)典的物理學(xué)，即“非經(jīng)典的=量子的”。在這個(gè)意義下，相對(duì)論仍然是一種經(jīng)典的理論。

相對(duì)論主要在兩個(gè)方面有用：一是高速運(yùn)動(dòng)（與光速可比擬的高速），一是強(qiáng)引力場。

在醫(yī)院的放射治療部，多數(shù)設(shè)有一臺(tái)粒子加速器，產(chǎn)生高能粒子來制造同位素，作治療或造影之用。氟代脫氧葡萄糖的合成便是一個(gè)經(jīng)典例子。由于粒子運(yùn)動(dòng)的速度相當(dāng)接近光速（0.9c-0.9999c），故粒子加速器的設(shè)計(jì)和使用必須考慮相對(duì)論效應(yīng)。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星上的原子鐘，對(duì)精確定位非常重要。這些時(shí)鐘同時(shí)受狹義相對(duì)論因高速運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的時(shí)間變慢（-7.2 μs/日），和廣義相對(duì)論因較（地面物件）承受著較弱的重力場而導(dǎo)致時(shí)間變快效應(yīng)（+45.9 μs/日）影響。相對(duì)論的凈效應(yīng)是那些時(shí)鐘較地面的時(shí)鐘運(yùn)行的為快。故此，這些衛(wèi)星的軟件需要計(jì)算和抵消一切的相對(duì)論效應(yīng)，確保定位準(zhǔn)確。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的算法本身便是基于光速不變?cè)淼?，若光速不變?cè)聿怀闪?，則全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)則需要更換為不同的算法方能精確定位。

過渡金屬如鉑的內(nèi)層電子，運(yùn)行速度極快，相對(duì)論效應(yīng)不可忽略。在設(shè)計(jì)或研究新型的催化劑時(shí)，便需要考慮相對(duì)論對(duì)電子軌態(tài)能級(jí)的影響。

同理，相對(duì)論亦可解釋鉛的6s惰性電子對(duì)效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)可以解釋為何某些化學(xué)電池有著較高的能量密度，為設(shè)計(jì)更輕巧的電池提供理論根據(jù)。相對(duì)論也可以解釋為何水銀在常溫下是液體，而其他金屬卻不是。

由廣義相對(duì)論推導(dǎo)出來的重力透鏡效應(yīng)，讓天文學(xué)家可以觀察到黑洞和不發(fā)射電磁波的暗物質(zhì)，和評(píng)估質(zhì)量在太空的分布狀況。

值得一提的是，原子彈的出現(xiàn)和著名的質(zhì)能關(guān)系式（E=mc2）關(guān)系不大，而愛因斯坦本人也肯定了這一點(diǎn)。質(zhì)能關(guān)系式只是解釋原子彈威力的數(shù)學(xué)工具而已，對(duì)實(shí)作原子彈意義不大。

參考資料：百度百科-愛因斯坦相對(duì)論

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