作业帮爱因斯坦的相对论相对于牛顿的时空观的变革在哪
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/06 00:47:59
爱因斯坦的相对论相对于牛顿的时空观的变革在哪
爱因斯坦的相对论相对于牛顿的时空观的变革在哪
爱因斯坦的相对论相对于牛顿的时空观的变革在哪
牛顿绝对时空观承认时间和空间的客观性,但却把时间和空间看作是脱离物质运动而独立存在的.这在当时就引起了一些科学家和哲学家的思考和怀疑.特别是电磁理论的发展和十九世纪中叶麦克斯韦方程建立后,绝对时空观更面临着严峻的局面.按麦氏方程中存在的常数c,表明电磁波或光在真空中沿各个方向均以不变的速度c传播,这与伽利略相对性原理发生了矛盾.因为据绝对时空观的经典速度合成定理,在不同惯性系中,光的传播速度不应在各个方向均相同.似乎只有在某一特殊参考系中,麦氏方程才取标准形式,光才在各个方向上均以c传播.人们曾引入“以太”假设,认为“以太”充满宇宙空间并绝对静止,光是“以太”介质中的波动.相应于“以太”的惯性系就是那个特殊参考系.这样,“以太”就充当了“绝对空间”的角色.通过测定物体相对于“以太”的“绝对运动”所引起的“以太风”就可期望找到“以太”.然而,尽管人们赋予“以太”各种各样光怪陆离的性质,仍难自圆其说.且反复实验的结果都是否定的,根本发现不了“以太风”.相反却证明了在任何惯性系中光速都是不变的.1887年的迈克尔孙——莫雷实验可看作否定“以太”的判决性实验,这使得牛顿绝对时空观遇到了根本性的困难.
1905年,爱因斯坦创立狭义相对论.提出了两条基本假设：
1.在互作匀速直线运动的所有惯性系内,一切物理规律都是相同的.此即相对论的相对性原理.
2．在所有惯性系内,真空中的光速c在各个方向都相同,与光源的运动状态无关.此即光速不变原理.
这两条原理构成狭义相对论的基础,且从本质上改变了牛顿绝对时空观.既然按相对性原理,一切物理规律在任何惯性系中都相同,一切惯性系都是平权的,没有哪个惯性系更优越,这就使绝对空间的概念失去了意义.绝对时空观实际上包含着这样一个假定：存在信号传播的无限大速度,物质的相互作用是一种“瞬时超距作用”.所以存在“绝对时间”.爱因斯坦摒弃了“以太”观点,取消了无限大速度的溉念,认为真空中的光速c是信号传播的极限速度,这就动摇了绝对时间的基础,从而接触到了时间和空间的相对性问题,揭示了空间和时间之间某种普遍而新颖的联系,引起人类时空观的变革.
从狭义相对论的两条基本原理出发,可以得出在沿x方向相互以速度v作匀速直线运动的两个惯性系k(x,y,z,t)和k'(x',y',z',t')中,描述同一事件的时空坐标之间的变换关系为：
此即著名的洛仑兹变换式.它是相对论时空观的具体体现.由此容易得出,一个杆的长度(空间间隔)在两个惯性系中的关系为：
即空间间隔是相对的.同一杆的长度在不同参考系中测出的结果是不同的.在相对于杆静止的k' 系中,杆测出的长度l'最大,在相对于k'运动
的参考系中测出的长度则发生收缩,缩短为静止长度(或固有长度)的
,所谓收缩只是测量效应,它取决于测量参考系与被测物体之间(客观)的关系.同样,两事件的时间间隔在不同参考系中也是不同的,且与事件所在空间坐标有关.
而四维时空间隔
则是不变的,所有这些充分表现了狭义相对论所引起的时空观的重大变革,它揭示了时间和空间的内在联系.以及对时空的测量依赖于参考系的选择.广义相对论则进一步指出,在无引力场存在时,时空是欧几里德特性的“平直”时空.而有引力场存在的时空,则是非欧几里德特性的“弯曲”时空,揭示了时空与物质及其运动之间的联系.这无疑是人类对时空认识的巨大进步,是时空观的重大变革,也是科学史上的一次伟大革命.