当前位置：首页 > 范文大全 > 实用文>相对论时空观的试探性观点

相对论时空观的试探性观点

2022-05-28 06:32:04 收藏本文下载本文

“PeerPeanut”通过精心收集，向本站投稿了3篇相对论时空观的试探性观点，以下是小编为大家整理后的相对论时空观的试探性观点，希望能够帮助到大家。

相对论时空观的试探性观点

篇1：相对论时空观的试探性观点

关于相对论时空观的试探性观点

黄兴滨

摘要：狭义相对论的时空观是在‘点’到‘点’的前提下建立的理论。当把其推广到有大小的实际情况时，狭义相对论的理论将不再成立。也许，狭义相对论的时空观仅仅是个数学游戏。

关键词：狭义相对论；时间延缓；时钟变慢；同时的相对性

0．引言

狭义相对论是近代物理学的重要基石。它的成就是上个世纪自然科学最伟大的发现之一，对物理学、天文学、哲学思想都有着极其深远的影响。

狭义相对论是二十世纪最伟大的科学家爱因斯坦于19,在普朗克主编的德国《物理学年鉴》上发表的著名论文“论动体的电动力学”中建立的伟大理论。在这篇论文中，爱因斯坦智慧地把相对性原理与光速不变原理这两条看起来似乎矛盾的设想放在一起作为基本出发点。他称之为两条公设，即

相对性原理――物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。

光速不变原理――任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度V 运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。

爱因斯坦明确指出：在他的理论中，以太的概念是完全多余的，因为这里不需要绝对静止的参照系。以这两个公设为出发点，很容易推导出著名的洛伦兹变换关系。进而给出:运动时钟的时间延缓、同时性的相对性等一系列结论，由此构成了一套崭新的时空观。(本网网收集)

尽管狭义相对论取得了许多惊人的成就并且已经写进了大学物理和中学物理的教材中，又有著名的实验辅证。如：横向多普勒效应实验、高速运动粒子寿命的测定、携带原子钟的环球飞行实验等。但是质疑相对论的呼声从其一诞生就一直没有停止过。简单的在谷歌搜索中输入‘相对论的错误’结果竟然有26万之多，这还不包含其它类似关键词和其它语言的检索结果。对一个辉煌的科学理论的质疑声音之高恐怕是前所未有的。一些学者认为：只要承认光速不变原理，便可严密地推得洛伦兹变换，获得一系列的有价值的结论，逻辑上是无懈可击的。即使相对论存在错误，也要通过实验手段检验光速不变原理的正确性，而不可能通过逻辑关系发现它的错误。质疑者都是没有理解和掌握相对论。就目前的技术而言是无法直接检验光速不变原理的对错的。正如无法证明外星人的是否存在一样。

作者经过近二年来对狭义相对论的思考，发现事实并非如此。相对论的逻辑矛盾在于洛伦兹变换只能适合两个惯性系中的‘点’对‘点’的位置与时间的变换关系。而推广到有一定大小的实体时将不再成立的。例如：当静系的‘公共时间’为0的时刻，观测到动系中的一个点的‘公共时间’为0，这样的结论是正确的。但无实际意义，仅是个数学的游戏。而实际的物理测量要求观测到动系的一个时钟显示的动系的‘公共时间’为0，这显然是违背了同时的相对性，是不可能的。

1．洛伦兹变换与时钟的时间延缓

洛伦兹变换是光速不变原理的自然推论，是光速不变的数学表述。它反映了两个惯性系之间的时空关系。一般的讲，观测者静止在一个惯性系内观测该系的时空关系时，与经典理论所描述的没有什么区别；但如果观测另一个相对其运动的惯性系的时空特性时，则与经典理论大相径庭。因此，洛伦兹变换究竟描述了一个怎样的运动时空？笔者以为还需要更深入的探究。

爱因斯坦在其“论动体的电动力学”的“§3、从静系到另一个相对于它作匀速移动的坐标系的坐标和时间的变换理论”中写道：

设在“静止的”空间中有两个坐标系，每一个都是由三条从一点发出并且互相垂直的刚性物质直线所组成。设想这两个坐标系的 X 轴是叠合在一起的，而它们的 Y 轴和 Z 轴则各自互相平行着。设每“一系都备有一根刚性量杆和若干只钟，而且这两根量杆和两坐标系的所有的钟彼此都是完全相同的。

现在对其中一个坐标系（k）的原点，在朝着另一个静止的坐标系（K）的x增加方向上给以一个（恒定）速度v，设想这个速度也传给了坐标轴、有关的量杆，以及那些钟。因此，对于静系 K 的每一时间t ，都有动系轴的一定位置同它相对应，由于对称的缘故，我们有权假定 k 的运动可以是这样的：在时间 t （这个“t”始终是表示静系的时间），动系的轴是同静系的轴相平行的。

我们现在设想空间不仅是从静系 K 用静止的量杆来量度，而也可从动系 k 用一根同它一道运动的量杆来量，由此分别得到坐标 x，y，z和ξ，η，ζ。再借助于放在静系中的静止的钟，用§1 中所讲的光信号方法，来测定一切安置有钟的各个点的静系时间t 。同样，对于一切安置有同动系相对静止的钟的点，它们的动系时间τ也是用§1中所讲的两点间的光信号方法来测定，而在这些点上都放着后一种[对动系静止]的钟。对于完全地确定静系中一个事件的位置和时间的每一组值 x , y , z , t，对应有一组值ξ，η，ζ，τ，它们确定了那一事件对于坐标系 k 的关系，现在要解决的问题是求出联系这些量的方程组。……

因此，已经得到的变换方程就变为：

， (1a)

(1b)

(1c)

(1d)

此处

式（1）就是众所周知的洛伦兹变换，且当在时，这两坐标系共有一个原点。接着爱因斯坦就把上述结论应用到运动的时钟上。

进一步，我们设想有若干只钟，当它们同静系相对静止时，它们能够指示时间t；而它们同动系相对静止时，就能够指示时间τ，现在我们把其中一只钟放到k的坐标原点上，并且校准它，使它指示时间τ。从静系看来，这只钟走的快慢怎样呢？

在同这只钟的位置有关的量x，t和τ之间，显然下列方程成立：

和 (2)

因此， (3)

由此得知，这只钟所指示的时间（在静系中看来）每秒钟要慢秒，或者――略去第四级和更高级的[小]量――要慢秒。

上述就是著名的时钟的时间延缓效应或称为钟慢效应。由于运动的相对性，相对论的反对者历来都会质疑“钟慢效应”的真实性。一般的信奉相对论的学者认为：只要承认光速不变原理，就可获得（1）式所示的洛伦兹变换，就可严格地推出“钟慢效应”。逻辑上上是严密的。我们下面的深入分析洛伦兹变换给出的运动时空的特性会揭示，爱因斯坦的“钟慢效应”在逻辑上是存在问题的。

2．对洛伦兹变换的重新认识

为了重新理解洛伦兹变换所描绘的运动时空的特性，在这里我们要重申一下时间t与τ的物理意义：根据“论动体的电动力学”的定义，t表示的是K系的‘公共时间’。即观测者静止在K系中，观测到该系同步化了的静止钟的全部数据，由于这些钟是同步的时钟，因此每个时钟在t凝固的瞬间都具有相同的示数，所以静止在K系的观察者读出任意一个从属于K系的时钟的示数都可获得K系的‘公共时间’；同样，τ表示的是k系的‘公共时间’。即观测者静止在k系中，观测到该系同步化了的静止钟的全部数据，k系上的观察者也可以通过测量任何一个从属于k系的时钟的读数来确定k系的‘公共时间’。

问题是：当动系k的时间凝固在τ=0的时刻，静止在K系上的观察者观测到τ=0时，K系的‘公共时间’t是多少？

换言之，两个惯性系的‘公共时间’能否比较、如何比较？爱因斯坦在论文中并没有研究也没有回答这个问题。从这一问题出发，我们仔细分析洛伦兹变换可以找出狭义相对论的症结所在。

设k系上τ=0的瞬间，其ξ轴上各点同步地发出一红色闪光。这一红色闪光可把k系的‘公共时间’凝固在τ=0。静止在K系x轴上的观察者们观测到这一红色闪光的‘公共时间’t是多少？由洛伦兹变换式中的（1a）可知：。由此可见，静止在K系上x值不同的观察者具有不同的‘公共时间’t。这也正是所谓的：“同时的相对性”的结论。

例如：如果假定位于x=0点的观察者李四是在K系的‘公共时间’t=0时（定义为中午）看到了红色闪光，那么静止在K系x0某点的观察者张三就可能是在早上看到了红色闪光；同样静止在K系x0某点的观察者王五则要等到晚上才能看到红色闪光。如果大家都能看到红色闪光，只是看到的时间不同，则说明K系没有确定的时刻t与k系的τ=0时刻对应。

反之也是如此，当K系的‘公共时间’t凝固后，要观测到k系ξ轴上的不同的点，则要求该点存在于k系不同的‘公共时间’τ中。因此，洛伦兹变换应该告诉我们一个新的结论。

结论一、两个惯性参照系的`‘公共时间’不存在一一对应关系。

结论二、当观察者所在的惯性系的‘公共时间’凝固不变时，观测到运动

的惯性系的坐标值（相对运动方向）不同的点凝固在不同的‘公共时间’。

既然两个惯性系的‘公共时间’不存在对应关系，那么两个惯性系的‘公共时间’间隔自然不会存在对应关系。为此，设k系上τ=τ0的瞬间，其ξ轴上各点同步地发出一次绿色闪光，即k系的‘公共时间’发生了一时间间隔Δτ=τ0。

则静系K的观测结果是应用式（1）算出Δt，与观测点的位置有关

， (4)

其中ξr是ξ轴上被观测的闪红光点的坐标，ξg是ξ轴上被观测的闪绿光点的坐标。由（4）式又可得到两个重要结论。

结论三、两个惯性参照系的‘公共时间’间隔不存在一一对应关系。

结论四、当ξr=ξg时，即静系K上观测动系k的一个‘点’的时间间隔τ0时，则Δt=βτ0，可称之为：‘点慢效应’。

这与式（3）的钟慢效应的形式完全相同。但要点是：该结论只能说明运动的点的时间变慢。而不代表两个点、多个点或者运动系的‘公共时间’变慢。下面的分析我们会发现：‘点慢效应’不能等价为‘钟慢效应’。因为钟是有实际大小的。

由于观测的同时的相对性产生了所谓的“长度收缩”效应。通过张三和李四在K系的早上和中午观测到k系上的两个点的红色闪光的例子，我们来分析长度收缩效应。那么静止在k系上相应两个点上的观察者则同时地观测到了早上的张三和中午的李四，则张三与李四之间的距离将不会保持K系上的固有距离，由于t不同从式（1b）可知，张三和李四间因运动导致距离会缩短，这就是长度收缩的原因。但这种拥挤与真的拥挤不同，因为在K系观测张三与李四还保持着固有的距离并没有真的靠近。但也与影像的缩小拥挤不同，不仅可拍下缩小的照片，如果用手去触摸（当然要触摸得足够快）也真的缩小了。如果观测一个运动的人的左右两只眼睛，那就是我们同时看到了那人昨天的左眼靠近了今天的右眼。我们也不必担心两个眼睛会互相挤压坏了。为此还有所谓的长度收缩应力佯谬来质疑相对论，实际上，当我们看到高速运动的物体挤压在一起的时候，根本不用考虑应力效应。因为各点具有不同的‘公共时间’，所以不会存在直接的联系。正如我们根本不会担心昨天经过的汽车会撞到今天的自己是一样的。

不难理解，洛伦兹变换给出我们这样一幅时、空图像：当静系K的‘公共

时间’t凝固后，动系k会以一个大拼盘的形式与之对应。即静系K上的观察者将会同时观测到动系k上不同的点拥有不同的动系的‘公共时间’τ的组合，而且还会拥挤到一起。

所以我们后期由洛伦兹变换获得的很多有价值的结论也一定要注意这幅时空图像，要点是洛伦兹变换是针对‘点’的变换结论，当我们将洛伦兹变换应用到实际物体时，一定要考虑物体大小的影响，‘点’的近似是否还适用。

3．理论上不存在钟慢效应

通过上述分析我们应该明晰，如果光速不变原理的假定符合自然界的真实情况，则可推出洛伦兹变换。由洛伦兹变换可严格推出点时间的延缓。但爱因斯坦不假思索地‘把其中一只钟放到k的坐标原点上，’轻松地获得了‘钟慢效应’。这种看来似乎不证自明的结论满足相对论的逻辑么？作者以为这样的结论并不符合洛伦兹变换。

在相对论之前，用一个运动的点的时间来替代它附近点的时间乃至于替代整个运动系的公共时间都是没有问题的，因为各点都有共同的‘公共时间’。

物理学中使用点的概念的条件是：当一个有限大小的物体的每一部分具有相同的物理性质时，才可以用‘点’的概念来替代整体。如果不同则不能严格替代。或者所研究物体的每一部分的物理性质的差别可以忽略时，可以近似地用点的概念来替代。而爱因斯坦用‘点时间延缓’替代‘时钟的时间延缓’并不满足上述原则。

爱因斯坦把一只钟放到k的坐标原点上指示时间τ，这静止在k系观测是可行的，因为这时所有的点都有相同的公共时间；但在静系K上观测则会存在问题，因为K系上确定时刻t观测运动系k时，只有一个点的时间是可以凝固为τ并与t对应。而观测一个运动的时钟，则由于实际时钟有大小则不能简化为一个点。换言之，当时钟上的两个点有相同的公共时间τ时，则整个时钟所在的运动系各点都有确定的τ。根据结论一可知，这时K系与k系的公共时间没有确定的对应关系。也就是理论上K系的t时刻不可能确定一个运动的时钟的时间τ是多少。

也许当我们假定时钟的线度很小，比如一个运动的原子，我们也许会认为，由于原子上两个点的距离很小，当K系的t一定时，可以忽略同时的相对性，近似为原子上所有的点的公共时间τ相等。则在一定的近似下，时钟延缓还是可用的。实际这也是不符合相对论的理论的，也是不对的。因为洛伦兹变换清晰地告诉我们：无论间距多近的两个点具有相同的τ则整个系就有相同的公共时间τ。

根据2.中的论述可知，在K系确定的时刻t观测到一个运动的时钟是由不

同的点有不同的τ的组合的新东西。K系上的观察者，理论上不可能观测到运动时钟上的时间。

结论五：一个惯性系上的观测者理论上不能比对两个相对运动的惯性参照系上的时钟的时间。

所以静系上的观察者，理论上也不可测量一个运动的时钟的时间间隔。

结论六：理论上只能存在一个运动的点的时间延缓，不存在运动时钟的时间延缓或运动的参照系的‘公共时间’的延缓。

4．相对论时空观的真实性

相对论的时空观取得惊人的成就的同时也带来了很多矛盾。有的被解释为佯谬，像双生子、潜水艇等。有的似乎是不可调和。比如，根据“论动体的电动力学”中的多普勒效应公式。很容易发现：在横向多普勒效应的结论中，前提需要的两个惯性系的时间间隔关系与得到光波周期所代表的时间间隔存在着自相矛盾。这不能不让我们怀疑相对论时空观的真实性。

尽管有许多学者相信，只要光速不变原理的假定是正确的，相对论给出的结论就是无懈可击的。其实未必如此，相对论的一些结论未必是严格的逻辑结论。正如我们上面讨论的两个惯性系的‘对钟’问题。实际上，按照相对论的理论我们在两个惯性系之间是不能‘对钟’也不能‘对尺’的。

实际上，光速不变原理只有事件发生在‘点’的条件下才能成立。而实际物理问题都是发生在有一定大小的空间内，这时洛伦兹变换的结论会否定光速不变原理。也就是当k系的有一定大小的空间τ时刻发出光波时，K系则无确定的时刻与之对应，因此光速不变原理将不在成立。

按照洛伦兹变换我们知道，在静系K上时间t凝固后观测运动系k时，K系上的静止观察者观测到运动系上ξ轴上不同的点有着不同的τ的一个拼盘。如果k系天生就是相对K系存在匀速运动时，诸点应用光速不变原理，则一定会得到上述的‘拼盘’结论。但是如爱因斯坦在论文中描述的那样，k系开始相对K系是静止的，两系每点的‘公共时间’也是同步的。现在对其中一个坐标系（k）的原点，在朝着另一个静止的坐标系（K）的x增加方向上给以一个（恒定）速度v，设想这个速度也传给了坐标轴、有关的量杆，以及那些钟。结果还会出现洛伦兹变换要求的同时的相对性么？也就是如何从‘前相对论’进入到相对论？笔者认为这是绝对不可能出现的。假定开始加速时所有点的‘公共时间’都是0，任何理论的逻辑都不会计算出，当k系各点同时加速且完成后进入匀速运动状态时，k系不同的点会按照位置的不同自动进入不同的‘公共时间’τ、而且还会合理地完成长度收缩。

结论七：狭义相对论所描述的时空观是不可能真实存在的。

5．结果讨论

狭义相对论的建立完全基于‘点’事件的光速不变原理。也就是两个惯性系分别对光从一点传播到另外一点的速度测量时要保持不变。而由此获得的洛伦兹变换也只是对‘点’成立的理论。而实际物理问题是要考虑大小的，当波前有一定大小的光波在一个惯性系中确定的时刻开始传播，则在另一个惯性系中没有确定的时刻与之对应。因此即使光速不变原理对一条关系成立，但对一束光线将不再成立。

洛伦兹变换只是一个适合点到点的数学变换。当把其应用实际的物理问题时，还要严格思考其适用范围。本文得到的重要结论是：当把洛伦兹变换应用到点时，存在点时间延缓，而对有大小的时钟来说，并不存在时间延缓效应。目前的理论所说的时钟的时间延缓是违背了同时的相对性后的错误结论。

尽管很多实验结果都符合相对论的逻辑，但是几乎所有的结果都是几十年前的老机器完成的。由于相对论效应极其微小，就是现代的仪器也很难检验清楚。因此，我们不仅要从理论上探讨其正确性，而且还要重视相对论的实验检验。既要设计新的实验，也要重视利用新的仪器检验老实验的可靠性。

本文的分析也许存在原则的错误，希望能得到批评和讨论，但质疑是必要的。如果都不敢质疑，也许我们今天还相信太阳绕着地球转呢。

篇2：评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系

评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系摘要：哲学是关于自然知识、社会知识和思维知识的概括和总结，它和各门具体科学都有着一般和特殊的联系。哲学从总体上提示人与世界的关系，研究世界的本质和普遍规律；而各门具体科学只从某一方面、某一领域研究世界的具体规律。本文通过对辨证唯物的时空观、牛顿时空观和相对论时空观的全面阐述，并将它们进行对比，总结出了它们之间的关系。

关键字：辩证唯物主义狭义相对论相对论时空观牛顿时空观

一．辨证唯物时空观

辩证唯物主义不仅从哲学基本问题的高度对世界本质做出了科学的规定，而且在坚持物质性的同时，认为物质的固有属性是运动，时间和空间是物质运动的存在形式。马克思主义的物质观与运动观和时空观是紧密联系在一起的。

物质运动的持续性和顺序性，它表明一事物和另一事物、一运动过程和另一运动过程依次出现的先后顺序，一事物存在和一种运动过程的长短持续。时间的特征是一维性或不可逆性，因为事物变化作为过程从绝对性的意义上是不可重复的，永远从过去、现在到将来，按照这一个方向前进，通常人们所说的“机不可失，时不再来”，就是指出了时间的一维性。空间是运动着的物质广延和伸张性，任何事物都具有一定的规模、体积、形态和位置；多个事物之间具有前后、左右和上下之间方位上的并存关系。空间的特征是三维的，现实存在的任何物体都具有长、宽、高。设想仅有位置而没有体积的点，只有长度而无宽窄的线和无厚度的面，仅仅是数学的科学抽象，现实世界中并不存在这样的点、线、面。现代物理学使用的“四维世界”概念，反映着事物存在于一维时间和三维空间之中。

时间和空间是运动着的物质的存在形式，同运动着的物质不能分离。《马克思恩格斯选集》第3卷中指出“一切存在的基本形式是空间和时间，时间以外的存在和空间以外的存在，同样是非常荒诞的事情。”这表明运动着的物质不能脱离时间和空间。同样，时间和空间也不能脱离物质的运动，离开后者，前者就是空洞的抽象，就是纯粹的无。一方面，物质运动的展开就表现为时间和空间的形式。物质运动总有一个运动过程，要经历一定的时间，否则其速度就是无限的。科学实践告诉我们，即使具有最大速度的光，也不过每秒30万公里，所以脱离时间的物质运动是不可能的。同样，物质运动也离不开空间，任何物体都具有体积，处于一定的位置，就是微观粒子，也有其微小的直径。这足以说明物质运动也离不开空间。另一方面，时间和空间离不开运动着的物质。时间是靠物质在空间中的运动来度量的。年、月、日等时间单位，是靠天体在空间中的运动来加以确定的。同样，空间也是以物质在时间上的运动来衡量的。现代科学对空间更精确的测量使用激光测长观测仪，其尺度可达到0.1微米之内。脱离物质的运动，时间和空间就是只能在头脑中存在的空洞的观念。

时间和空间是运动着的物质的存在形式，与运动着的物质不可分离，而运动着的物质是客观的，所以作为其存在形式的时间和空间也是客观的。但是，时间性和空间的客观性不是从它们与物质脱离的意义上，相反，正是从它们作为物质存在形式的意义上去理解的。坚持时间和空间的客观性。康德认为，时间和空间是人类戌直观中的先天形式，人通过它感知事物，给予事物以时间和空间，客观唯心主义者黑格尔不但认为时间和空间是绝对观念的产物，而且割裂两者，提出绝对观念外化为

自然界，出现了空间，只有绝对观念达到精神阶段，才有了时间。形而上学唯物主义，从另一个极端歪曲地理解时空的客观性。如牛顿的时空观，把时间和空间同运动着的物质割裂开来，认为时间与物质运动无关，它绝对均匀地流逝着；空间是脱离物质的纯粹空虚的框子。坚持时空的客观性，就必须反对唯心主义，又批判形而上学。

承认时间和空间的客观性，就意味着承认时间和空间的绝对性。因为时空的绝对性是指它们作为运动着的物质的存方式，其客观实在性是不变的、无条件的，当然是绝对的。而时间和空间的相对性首先是指它们的具体特性是随物质形态、特性的变化而变化的。其次，人们的时空观念是承着认识的发展而不断深化的。上述理由都是指可变性、有条件性，即相对性。现代科学成就，特别是非欧几何和相对论，不仅证明了时间和空间的客观性，而且深刻地提示了时间、空间同物质的联系，时间和空间是绝对性和相对性的统一。时间和空间的绝对性和相对性统一，还表现在它们是无限性和有限性的统一。时间的无限性是指物质世界的一维持续无始无终，运动着的物质不能创造，也不能消灭。空间无限性是指物质世界三维无论延伸向何处，都不会有尽头。科学事实一再表明，宇观世界至大无外，微观世界至小无内。时间的有限性是指每一具体事物之存在和发展过程都是有始有终的。空间的有限性是指每一具体的事物总是有限的规模，处于特定的位置。时空的有限性和无限性的辩证统一表现在两者相互依存、包含和贯通。无数有限的时空的总和，构成整个宇宙无限的时空，而无限的时空既能通过有限的时空把自己表现出来，又把无数的有限包含于自身当中。有限时空是不仅具体事物有着无限的层次结构，而且有限事物由于自身包含着的否定因素会使之辨证转化，从而超越有限趋向无限。有限是有条件的、暂时的，因而是相对的；无限是无条件的、永恒的，因而是绝对的。时空的有限性和无限性就是这样既有相互排斥又相互贯通。

二．牛顿时空观中的绝对与相对

在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿写道：“绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况无关，始终保持着相似和不变。”“绝对的、纯粹的数学的时间，就其本身和本性来说，均匀地流逝而与任何外在的情况无关。”总之，在牛顿的时空观中，空间、时间和“外在的情况”这三者都是相互独立的，无关的，空间的延伸和时间的流逝都是绝对的。在这种意义上可以说，在牛顿的体系中仍然含有亚里士多德式的绝对。把“空间”设想成物体作机械运动的舞台和背景，是一种十分自然的抽象。我们在日常生活中有这样的经验：在一个箱子中可以放进一定数量的东西。这是箱子的一种性质。可以叫做箱子的容积，也就是箱子的空间。这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西（以及放不放东西）没有关系的。在卖箱子的商店里，总是要标出26?20?10等等尺寸，之所以能这样标出，就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影响的本性这一点为依据的。进一步我们设想箱子无限地扩大，这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间。它就是牛顿的绝对空间。牛顿是一个经验论者，他不能容忍在他的体系中存在先验的观念。他认为：物理的实在必须是能被感知的。那么，如何来感知他所规定的“绝对空间”呢？牛顿设计了一个理想实验，用来判断哪些运动是相对于绝对空间的绝对运动。这就是著名的水桶实验。若有一桶水，让它做旋转运动。开始时桶壁旋转而水不运动，水与桶壁之间虽有相对运动，但水面却和静止时是一样的，是一个平面。以后水逐渐被桶壁带动并且和

桶壁一起旋转，此时虽然水与桶壁之间并没有相对运动，但水面呈凹形，桶边的水面略高，中间略低。因此，即使在水与桶没有相对运动的情况下。我们也可以判断出水桶体系究竟有没有相对于绝对空间的转动。这个判据是：若水面平坦，则无绝对运动，若水面呈凹形，则有绝对的转动。这就是牛顿提出的判别法。到这里，牛顿的体系似乎已经很严整了。然而事情并非如此。

在牛顿的力学定律（包括惯性定律）的表达里没有明确指明，所谓“静止”、“匀速直线运动”和“运动状态的改变”是对什么参考物体而言的．在牛顿力学中“力”是物体间的相互作用，这是与参考物体无关的，然而运动状态及其改变则与参考物体有密切关系．牛顿完全了解自己理论中存在的这一薄弱环节，他的解决办法是引入一个客观标准――绝对空间，用以判断各物体是处于静止、匀速运动，还是加速运动状态．牛顿承认，区分特定物体的绝对运动（即相对于绝对空间的运动）和相对运动，也非易事．不过，他还是提出了判据．譬如，用绳子将两个球系在一起，让它们保持在一定距离上，绕共同的质心旋转，从绳子的张力可以得知其绝对运动角速度的大小．

绝对空间在哪里？牛顿曾经设想，在恒星所在的遥远的地方，或许在它们之外更遥远的地方．他提出假设，宇宙的中心是不动的，这就是他所想象的绝对空间．从现今的观点来看，牛顿的绝对时空观是不对的．不过，牛顿当时清楚地意识到，要想给惯性原理以一个确切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来．爱因斯坦认为，牛顿引入绝对空间，对于建立地的力学体系是必要的，这是在那个时代“一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路”．

三．相对论的时空观

相对论分为广义相对论和狭义相对论。

（一）狭义相对论及其时空观：

狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动，在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理，在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中，爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据，他提出光速不变是一个大胆的假设，是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。

（1）狭义相对论时空观要点及来源：

①同时的相对性：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，Δt’=0时，一般Δt≠0。称x’/c2为同时性因子。

②运动的长度缩短：由Δx=Δx’/γ+vΔt，因测量运动的长度时必须Δt=0，则Δx=Δx’/γ

≤Δx’。

③运动的钟变慢：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，因运动的钟在自己的参照系中Δx’=0，则Δt=γΔt’≥Δt’。

（2）狭义相对论时空观的具体分析：

1、同时的相对性

爱因斯坦认为：凡是与时间有关的一切判断，总是和“同时”这个概念相联系的。按相对论的说法，在某个惯性系中同时发生的两个事件，在另一相对它的运动的惯性系中，并不一定同时发生。这一结论叫做同时的相对性。例如有两个闪电正好击中一列向东行使的列车的车头和车尾（对地面上的观察都而言），而位于列车中间的旅客则是不是同时看到两个闪电的呢？

该问题其实告诉我们，Δt＝0，Δx≠0。则选择洛仑兹变换： t’= t－v x/c2 →Δt’=γ(Δt－vΔx/c2)＝－vγΔx/c2。显然因Δx=x2-x1>0，则Δt’=t2-t1<0。即先看到车头处闪电。举一个通俗的例子，如果我们军训，把指挥官下令卧倒，在地面上的人看到是同时战士是卧倒的，但在高速飞机上的乘客却看到不是同时卧倒的（忽略具体细节）。

2、长度收缩：

长度收缩有时被称作洛伦茨（Lorentz）或洛伦茨－弗里茨格拉德（FritzGerald）收缩。在爱因斯坦之前,洛伦茨和弗里茨格拉德就求出了用来描述（长度）收缩的数学公式。但爱因斯坦意识到了它的重大意义并将其植入完整的相对论中。这个原理是：参照系中运动物体的长度比其静止时的长度要短。那么是不是运动的人看起来就瘦些呢？用相对论的观点看的确这样。但定量分析就知道，人的运动速度太小，不能产生观察效果。这就是一般的经验不能接受相对论时空观的道理。另外，其实运动的长度是很难测量的，也是经验没有的。

3、时间膨胀：

运动的钟比静止的钟走的慢，称为时间膨胀。

最著名的关于时间膨胀的假说通常被成为双生子佯谬。假设有一对双胞胎哈瑞和玛丽，玛丽登上一艘快速飞离地球的飞船（为了使效果明显，飞船必须以接近光速运动），并且很快就返回来。我们可以将两个人的身体视为一架用年龄计算时间流逝的钟。因为玛丽运动得很快，因此她的“钟”比哈瑞的“钟”走得慢。结果是，当玛丽返回地球的时候，她将比哈瑞更年轻。年轻多少要看她以多快的速度走了多远。时间膨胀并非是个疯狂的想法，它已经为实验所证实。最好的例子涉及到一种称为“介子”的亚原子粒子。一个介子衰变需要多少时间已经被非常精确地测量过。无论怎样，已经观测到一个以接近光速运动的介子比一个静止或缓慢运动的介子的寿命要长。这就是相对论效应。从运动的介子自身来看，它并没有存在更长的时间。这是因为从它自身的角度看它是静止的；只有从相对于实验室的角度看该介子，我们才会发现其寿命被“延长”或“缩短”了。

（二）广义相对论时空观

爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10~12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考

系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无第一文库网关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动――在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。

四．牛顿时空观与相对论时空观

牛顿和爱因斯坦是人类历史上最伟大的两位物理学家。从他们提出的理论可以看出：他们的差别不仅仅是在方程、公式、定律和理论体系的差别，更重要的是在时空观上的差别，也就是对一个终极问题――未来究竟是否已被注定――的回答的不同。

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

牛顿的基本观点是宇宙中各处时间以相等的速率逝去，未来任何一点在任何时刻的状态都从一开始就被确定下来了。这虽然带有宗教宿命论的色彩，但听上去还是颇自然的事情。爱因斯坦重新解读了这种看似无懈可击的时空观，他认为时间是可快可慢的，这取决于你的速度，如果你的速度足够快，那么就有可能穿越时空到达未来。这听上去虽然是荒诞、令人难以置信的，但已被无数实验和现象证明是正确的。在宇宙空间站上生活了700多天的俄罗斯飞行员，当他回到地球上时，他的表针系统要比地球上快1/50秒，也就是说他进入了1/50秒后的未来世界。虽然这点时间可能微不足道，但如果人类能造出接近光速的飞行器时，那么这种时空现象就会有相当可观的影响了。

相对论时空观与牛顿时空观的比较如下：

（1）狭义相对论否定了牛顿力学的绝对时空观。

过去的物理学都是以牛顿力学为理论基础。牛顿时空观的基本思想是：

1）时间是均匀的，时间间隔是绝对的，即 Δt ＝ Δt’；

2）空间是各向同性的，长度是绝对的，即 ΔL ＝ ΔL’；

3）时间和空间是相互独立的，彼此之间没有任何直接联系。

似乎宇宙间存在着一个永远走动的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都是以它为度量的标准。Galileo变换正是经典时空观的集中体现。

狭义相对论否定了经典力学的时空观，建立了相对论的时空观，内容包括：

1）时间不是绝对不变的，而是具有相对性，时间间隔的度量与参照系的运动状态有关；

2）空间不是绝对不变的，也是具有相对性，空间间隔的度量是与参照系的运动状态有关；

系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动――在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。

四．牛顿时空观与相对论时空观

相对论时空观与牛顿时空观的比较如下：

（1）狭义相对论否定了牛顿力学的绝对时空观。

过去的物理学都是以牛顿力学为理论基础。牛顿时空观的基本思想是：

1）时间是均匀的，时间间隔是绝对的，即 Δt ＝ Δt’；

2）空间是各向同性的，长度是绝对的，即 ΔL ＝ ΔL’；

3）时间和空间是相互独立的，彼此之间没有任何直接联系。

似乎宇宙间存在着一个永远走动的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的'一切运动在时间上都是以它为度量的标准。Galileo变换正是经典时空观的集中体现。

狭义相对论否定了经典力学的时空观，建立了相对论的时空观，内容包括：

1）时间不是绝对不变的，而是具有相对性，时间间隔的度量与参照系的运动状态有关；

2）空间不是绝对不变的，也是具有相对性，空间间隔的度量是与参照系的运动状态有关；

3）时间与空间有着密切的联系，孤立的时间和孤立的空间都是不存在的。 Lorentz变换是相对论时空观的具体体现。

广义相对论的建立，近一步揭示出时空与运动着的物质是密不可分的，不存在脱离物质运动的绝对时间和绝对空间，换句话说，抛开物质的运动谈时间和空间是没有意义的。

（2）狭义相对论否定了牛顿力学中物体质量绝对不变的观点。

宏观物体在低速运动的情况下，物体的质量视为不变的；而当物体的运动速度可与光速相比拟时，狭义相对论明确指出：物体的质量不再为常量，而是随着物体的运动发生变化的。即当物体高速运动的时候,其质量会随物体运动速度的增大而增加，质速关系式清楚地揭示了这一变化关系。

(3)狭义相对论否定了牛顿力学中质量与能量互不相关的思想。

牛顿力学认为质量与能量是两个意义完全不同的物理量，彼此之间互不相关；而狭义相对论则认为质量与能量之间有着密切的关系，质能表达式便是很好的体现。而质能关系的建立，为新能源的开发提供了理论依据。裂变反应能和聚变反应能的利用，便是典型的事例。

（4）相对论与量子理论相结合，已建立起诸多的新兴学科、交叉学科和边缘学科。相对论量子力学、量子场论是相对论和量子理论相结合最具代表性的产物。其中量子电磁场理论已是当今世界相当精确的理论，理论预测与实验结果高度符合，很难想像在低能区相对论与量子力学之间存在着什么矛盾；在极高的普朗克能区，两者尚需进一步发展，其结果将会统一在新的理论之中。

（5）狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。

（6）广义相对论在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

篇3：评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系

相对论的创立，导致了人类时空观的一次重大变革，它将伽利略和牛顿以来的动力学时空观（绝对时空观）发展到了相对论时空观。

相对论时空观在物理学上有重大意义，它的建立突破了牛顿时空观的旧框框，正如爱因斯坦所说：“相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中严重和深刻的矛盾已经无法回避了。新理论的力量在于仅用几个非常令人信服的假定，就一致而简单地解决了所有这些困难??旧力学（指牛顿力学）只能对低速运动有效，从而成为新力学的极限情形。”

绝对时空观认为，时间和空间与物质的存在及物质的运动状态是没有联系的，时间和空间也是互不相关的。

相对论的建立，使人们在时空问题上耳目一新。相对论时空观指出，时间和空间与物质是密切联系的，它们与物质的运动状态有关，与物质本身的分布也有关，并

且时间和空间之间也是相互依赖的，这样在时空问题上，人们的认识产生了一个大飞跃。

在研究中，我发现，其实在哲学中也有与绝对时空观和相对论时空观相对应的观点：绝对时空观把时间和空间同物质运动分割开来，这是形而上学的观点；相对论时空观认为时间和空间是运动着的物质的存在形式，它肯定了它们同运动着的物质有着不可分割的联系，而这恰恰正符合哲学上辩证唯物主义的观点。历史已经证明，辩证唯物主义观才是真正科学的、完整的、符合自然规律的，正像相对论时空观最终取代了片面的绝对时空观。

（一）时间和空间的相对性

假定有人问我们，两个现象是否真正同时发生而不涉及任何出于某种状态的参考系，那么，这样的问题就像并不涉及任何观察点而问两颗行星是否真正处于一条直线上一样毫无意义。事实是这样的：同时性不仅决定于两个现象，而且决定于观察这两个现象时所处的参考系。就像两颗行星是否处于同一直线上，不仅决定于它们的方位，而且决定于观察它们的点。

在相对论创立之前，绝对的时空观在物理学中占着统治地位。在时间方面，绝对时空观认为：时间的量度与参考系的运动无关，也就是存在着与参考系无关的绝对时间。在空间方面，认为空间的量度同参照系的运动无关，也就是存在着同参照系无关的绝对空间。

但是，我们发现，时间和空间一样也是相对的，而不是绝对的。

其实，我们很难定义什么是时间。但是我们可以运用哲学的思维，知道什么不是时间，在什么条件下，时间的概念将会失去意义。第一，如果空间中的一切存在物停止位置的相对移动。也就是说，水不再流，鸟不再飞，风不再吹??等等。第二，如果一切存在停止自身对自身的变化。就是说，一切植物、动物不再生长，岩石不再衰变，原子不再分裂??等等。试问，如果这两种情况发生，也就是说，如果一切运动都被停止、取消，那么时间的概念是否还仍具有意义？如果没有运动，如果没有变化，时间的概念是否还仍然存在？显然，在这种条件下，时间的概念是没有意义的。这就表明，时间与动、与变的过程相统一。实际上，“空间是存在物的现时存在的抽象，而时间则是动与变的进程（累积的、递进的）的抽象。”

所以，在“同一时间”这一概念，正与“在同一地点”一样，都是没有意义的概念。这就是说，必须对一个特定的参照系来论述时间或者空间。

我发现，以上观点正好可以用辩证唯物主义的一个论述来概括：时间和空间是物质运动存在的形式。

唯物论认为世界统一于物质。辩证唯物论进一步认为，物质的运动是物质自身的属性。那么，也就是说，物质和物质的运动是万事万物的基础和决定性因素，于是时间和空间作为构成这个世界的两个因素，就必然要服从于物质和物质的运动。而爱因斯坦的理论正好对此进行了验证。

（二）速度有其极限

第二次世界大战前，飞机的速度远远落后于声速。今天，超音速飞机早已出现。无线电波以光的速度传播。那么，我们能否创造出“超光速”电讯设施来传递信息呢？现在看来，这是根本不可能的。

假如能够用无限大的速度传递信息，那么我们就能够建立这样的一种理论：任

何两个时间的同时性是绝对的。

如果关于第一个事件的信息与关于第二个事件的信息同时到达，我们可以说，这两个事件发生在同一时刻。这样，两个事件的同时性这一概念，就变成绝对的，而不考虑与这一结论有关的参照系的运动情况如何。

但是，正如上文中所提到的，实验证明时间的绝对性是不可能的。由此，我们得出结论：信息的传递不可能是瞬时的。从空间一点传到另一点的信息传递速度，不可能大于某一极值，该极值即为速度的极限。这一速度极限等于光速。

相对论表明，最高速度的存在决定于物质的内在本质。假定说，科学技术的发展，可使我们得到比光速更大的速度，这就像下面的说法一样荒唐可笑：在地球表面两万公里以外的地方并不存在任何点，但是如果有人竟希望有朝一日当地球上地形发生变迁的时候，在更遥远处发现地球上的新点，这显然是十分荒唐可笑的。正由于光速是最大速度，才使光速在自然界中发挥如此特别的作用。光速或者可以超过其他一切现象的传播速度，或者至少同其他现象的速度相同。

这里，我想用自己的一些哲学观点对此进行解释。时间是不可逆的，我想这应该是绝大多数哲学家都承认的观点。那么，如果存在超光速，我们不妨把它设想为一种超光速飞船（设其速度为v），于是人乘坐它离开地球一定距离s后，所用时间为t＝s／v，人看到的是地球上t＇＝s／c之前的情形，由于光的传播速度c慢于飞船的飞行速度v，即c＜v，则有（s／c）＞（s／v），即t＇＞t，于是人将看到离开地球之前的景象，这也就意味着时光的倒流，而这是绝对不符合逻辑和常理的（对于时间的不可逆，哲学可以从理论上论证，但好像还不能从试验中论证）。

（三）质量与能量的转换

爱因斯坦在狭义相对论的研究里提出了一个非常著名的公式：E＝mc，即质能转化公式。

无独有偶，恩格斯在《自然辩证法・导言》的结束语中曾有这样一段话：“这是物质运动的一个永恒的循环。??在这个循环中，物质的任何有限的存在方式，无论是太阳还是星云，个别的动物或动物种属，化学的化合或分解，都同样是暂时的，而且除永恒变化着、永恒运动着的物质，以及这一物质运动和变化所依据的规律外，再没有什么永恒的东西。但是，不论这个循环在时间和空间中如何经常地和如何无情地完成着，不论有多少百万个太阳和地球长生和灭亡，不论要经历多长时间才能在一个太阳系内而且只在一个行星上造成有机生命的条件，无论有无数的有机物一定产生和灭亡，然后具有能思维的脑子的动物才能从它们中间发展出来，在一个短时间内找到适于生活的条件，然后又残酷地被消灭，我们还是确信：物质在它的一切变化中永远是同一的，它的任何一个属性都永远不会丧失。因此，它虽然在某个时刻一定以铁的必然性毁灭自己在地球上的最美的花朵――思维着的精神，而在另外的某个地方和某个时刻一定又以同样的铁的必然性把它重新产生出来。”

这便是事物的质和量的对立统一的理论，而这种辨证的唯物主义观点与爱因斯坦的质能转化理论不谋而合。

参考资料：

[1] 马克思主义哲学原理，王宏波，陕西人民出版社

[2] 马克思主义哲学原理，肖前，中国人民大学出版社

[3] 爱因斯坦的相对论讲了哪些内容？

www.shenghuodiy.com/content/1/content21617.htm

[4] 牛顿时空观是啥？zhidao.baidu.com/question/5391826.html

[5] 牛顿的绝对时空观

resource.smjy.net/staticres/2004/gzpd/jxzy/04-05shang/wl/3/17/renjiao/1/kzzl5.htm

[6] 爱因斯坦提出的狭义相对论的时空观的主要内容是什么？ zhidao.baidu.com/question/15668431.html

【相对论时空观的试探性观点】相关文章：

1.广义相对论课件