空间、时间是什么ppt课件

1、 空间、时间是什么？他人在很小的时候就曾经搞清楚了，而我的智力发育迟，长大了也未搞清楚，于是，我不断揣摩这个问题。结果就比他人钻得深一些。 爱因斯坦第二章第二节时空观MAKESIZHUYIZHEXUEYUANLIDIERZHANGDIERJIESHIKONGGUAN 1 时间和空间是物质的存在方式。 时间是其继续性、前后相继的顺序性；空间是其广延性、伸张性和与它事物的间隔等。一 时间、空间概念 二 时空观及其革命时空概念二章二节 2 空间的特点是它的三维性 指的是任何现实的存在都只能在三个方向上表达本人的广延、伸张和与它事物的间隔。 3 时间的独一特性是它的一维性 时间只需一个方向。这是由于物

2、质运动不能够完全等同地反复。因此又称“不可逆性或“一去不复返性。时空概念 4 时间空间与物质运动不可分割面对一个小孩子，他能把他的年龄、形体从他身上“剥离下来吗？要了解一个详细事物有本人的时空性质并不难。困难在于了解没有绝对独立的时、空。即没有什么事情发生而“白白流逝的时间和没有事物的“空框子。这方面的论证我们放在稍后再讨论。时空概念5 客观性 对时、空的客观性的了解和对运动客观性的了解一样即：时间、空间并非“独立真实的客体，它们的客观性是作为物质的存在方式而被物质所赋予的。时空概念 6 有限性与无限性 可表述为：详细事物、景象有开端和终了、有外形和边沿，因此是有限的。而作为物质存在方式的时间

3、和空间是无限的，无始无终，无边无际。时空概念 假设时间有开端和终了，那么，开端以前是什么？终了以后是什么？假设空间有边沿，那么。边沿之外是什么？ 时空概念因此，现实的时间和空间，只能 是无限的。只能是：此岸世界、上帝。可用反证法来证明：二时空观的历史开展 可以这样表述：时空观是人们对于时间、空间的看法或观念的总称。包括：对时空的认识科学的或阅历的、了解明智的或直观的和期望。1 时空观时空观 时空观是最通俗、最经常的日常观念之一。 时空观在日常生活中，人们的这种观念已表现为各种稀松平常的“生活习惯。1 当我们说：“这个鸡蛋真大、“这个西瓜太小时，决不会真的以为鸡蛋会比西瓜大。 早晨，特别是严寒冬

4、天，起床号吹响：“今夜怎样这么短，我才刚刚睡下。时空观 第四节课，肚子饿了：“这节课怎样这么长 。 一位60岁的老人感慨道：“三十八年过去，弹指一挥间；而假设对一位八岁的孩子说：“他都这么大了，只差十几年就要结婚了。他能了解吗？时空观 都知道刷一次牙能够要用几分钟而决不会一上午，吃一顿饭能够吃几小时决不会一个礼拜； 电影、电视中的“好人被押上刑场，刽子手已举起屠刀即将砍下的一刹那，一定会有一个暗器正好打在举起屠刀的那只手上；日本鬼子对群众架起机枪，就要扣动扳机的一瞬间： 一定要有一个声音响起：“住手，我就是他们要找的八路军。时空观 一定的时空观是人们了解世界的“框架，表达了他的胸襟和眼界。 都

5、知道：“站得高才干看得远，生活的狭窄呵斥胸襟的狭隘。“井底之蛙这口井便是它的全部世界。 春生夏死的蝉不明白冬天，朝生暮死的蜉蝣不了解黑夜。古人说：“曾经沧海难为水。时空观2 相传有一个人跟邻居争论一尺房基地，老母亲写一封信给城里当宰相的儿子，希望他来“压一下邻居。时空观儿子回信却说：“让他三尺又何妨？ 一定的时空观是人们暴露和表达本人心灵的“窗口。有的人，生活在理想的未来，现实总使他牢骚满腹。有的人，向后看，生活在旧日的辉煌和陈芝麻烂谷子的恩怨之中；有的人，只生活在脚下一滩烂泥之中。时空观3 历史学家的目光在纵览千年上下，天文学家的眼界以光年计；政客的目光盯着本人上方的权益的宝座；庸人的目光只

6、在本人的鼻尖。时空观 在我们的先祖那里，时、空与实践事物严密联络。例如： “二指宽、“五十步、“头发丝那么细、 “一顿饭功夫、“一眨眼间、“下次月园、“树叶又黄了三次、“燕子飞来。 鲁迅先生写小说时，用：“大约烙几张饼的功夫 来描画时间。时空观 / 古代2 古代朴素的时空观 我国先哲，猜测到了时空的无限。 “天地四方为宇，古往今来为宙。 “一尺之锤，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，有无也者，有未始有无也者，有未始有夫未始有无也者-庄子 齐物论时空观 / 古代 随着人们相互交往的经常和扩展，需求一些共同的“规范，于是，人们商定了一些测度时间和空间的

7、“尺度和“规范，如： 两手伸开一码， 两手对起来一呎 “一箭之地，“一炷香功夫，太阳当顶是“午时，昼夜相交之中是“子时，一个月按月亮的盈亏分为“晦、“望假设干日等等。时空观 / 古代 以后，规范日愈完善和准确，渐渐取代了事物本身的位置，就好似一个人的影子取代了主人的位置，人倒成了影子的附属一样。时空观 / 历史3 近代形而上学绝对时空观 我们如今生活在一个高度规范化的时代，规范化已成为我们生活中的习惯，熟悉到忘记的程度。 全球分为24个时区，人们在可以用相互简单换算的“东京、“格林威治 、“纽约、“北京时间来游览、通讯、消费、作息-时空观 / 近代 中国消费的车箱，日本消费的铁轨，欧洲消费的车

8、头，由美国人在非洲组装，火车就能飞驶。 买来遥远美洲消费的电器，不用耽心插不上家里的插座。 市场上四处充斥着“进口零件，国内组装的产品。 假设有朋友自洛杉矶飞来，查询班机时辰表，就能准时去机场接机。时空观 / 近代 时间象一个均匀流逝的“带子，与事件过程本身性质无关，各种事物和过程，只不过在这“带子上打下“印记而已。空间好比一个“箱子。放进东西或取走东西，箱子依然存在。先祖们的朴素时空观完全被丢弃了，时间、空间与事物及过程完全割裂。这就是“绝对时空观，又称“牛顿时空观。 这样，人们逐渐构成了这样的时空观：时空观 / 近代 牛顿时空观在了解和处置日常生活是没有疑义的。在处理地地球上我们通常以为的

9、“科学的和“技术的问题时，有广泛的普适性，而且曾经很准确。但是，用来阐明整个世界的根本问题却行不通。就如高速飞行的飞机里，机舱壁上围着一块污迹爬行的苍蝇用它的阅历来解释飞机的运动一样。时空观 / 近代 要解除绝对时空观的思想禁锢需求科学资料。在马克思的时代，虽然提出了辩证时空观的原理，但尚找不到科学根据，由于那时候科学的眼界还停留在地球上寻常事物中。哲学作好预备，耐心地等待着科学的开展。时空观 / 近代 三爱因斯坦相对论和 时空观念革命 科学现实终于出现了。即本世纪初的爱因斯坦相对论。这是一场震撼人心的科学革命事件，引起了一场深化而彻底的观念革命。 【1】 狭义相对论1905年 1905年6月

10、发表在德国上的一篇论文。文章只需几页，既没有文献引证，又没有权威著作的征引，一开场便单刀直入地提出绝对静止是不能够成立的。接着，提出光速不变公设，论证“同时性没有意义，和他著名的变换方程。这就是后人所称“狭义相对论。同年9月，发表一文。只需三页，文中推导出著名的质能相关式E=mc2.。物体的质量是能量的量度，轻而易举地开辟了新的能源原子能。当年爱因斯坦26岁。是瑞士小城伯尔尼专利局的一个小职员。狭义相对论 听说，爱因斯坦还是一个十四 岁的中学生时，一次忽然想象，假设本人乘坐一列火车追着一束光前进，会看到什么？ 答案是：会看到光不再是一束“光线，而是原地振动的点。这就是著名的“追光详谬。狭义相对

11、论 “追光详谬其实是一种参照系的 变换。静止参照系变为运动参照系，观测者“参与 运动之中。 可以拿生活中常见的事打比如。假设我们站在铁轨旁，看到火车有如一条线从眼前开过。而假设我们坐在火车里，就只感到颠簸和摇摆。我们生活在地球上，不感到它在运动，而假设在月球上看，会看到地球在飞快旋转1100m/秒。假设站在太阳上看，会看到地球在飞快地飞驰3000m/秒。狭义相对论 我们过去熟知的非常权威的丈量标 准和方法，实践上只适用于地球上大物体的低速运动。但我们却以为这就是一切运动的规那么。 狭义相对论 t(tv/c2 x), (xvt)x, y y, zz.减少因子1/1- (v/c)2 下面，我们将爱

12、因斯坦的计算公式简化，简单计算一下：而当v相当大，大到接近于光速c时： 这就是“尺缩效应和“钟慢效应。当然，这种效应仅相对静止参照系而言，在运动中，时间和空间的觉得依然如常。VtT（小时）I0（m）L(m)0.9c1小时2.29410.4360.98c1小时5.02510.1990.99c1小时7.0910.141狭义相对论 这种效该当然引起了人们的无穷 想象：假设有一对双胞胎兄弟，在他们20岁那年，其中一个兄弟乘坐速度为 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岁的太空游子前往地球，会发现本人的同龄兄弟已是74岁的老翁了。这就是人称“双胞胎详谬的想象。狭义相对论

13、狭义相对论的观念革命意义在于： 将时、空的丈量规范和方式与实践事物的时、空性质区分开来。 突破了过去以为丈量就是时空本身的误解，“影子就是影子，“地图绝不是领土。狭义相对论 突破了绝对时空观对人们长达数百年的统治，为辩证时空观提供了科学根据。 使牛顿的实际成为非常有限范围内的特殊实际，突破了长期以来对人们思想的禁锢。狭义相对论 【2】广义相对论1915 狭义相对论完成后，爱因斯坦基于把相对性原理贯彻究竟的信心和哲学认识论的原那么，又向广义相对论进军。 经过10年的探求，在狭义相对论的根底上，加上引力场作用，1915年11月，爱因斯坦完成了他的论文，同时，处理了长期困扰物理学界的勒维烈水星近日点

14、运动。 广义相对论从此图开场以下三张背景为现代数学“混沌学的计算机绘制图形 在一文中，爱因斯坦的思想已炉火纯青，实际范围极大，概念非常明晰，对一切参照系都适用。经典的守恒定律失去了原有的意义，仅仅成了一些恒等式，过去曾权威的引力对物体运动的影响失去了意义。时空与物质亲密相关，是运动着的物质存在的方式。“空间、时间未必能被看作是一种可以分开物理真实的实践客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延。 彻底地否认了牛顿的绝对时空观。广义相对论 广义相对论因很快得到科学的证明而引起惊动，爱因斯坦提出的假设干假说令人瞠目结舌。数十年来，它们一一被科学观测所证明。至今天，还未

15、发现一例与之不相符的观测。现列如下：广义相对论1红移景象假说 爱因斯坦预言：由于引力场的作用，大质量星球的光谱线会移向光谱红端，即光的引力频移。 1924年，亚当斯WAdams对天狼星伴星的察看，1923年1928年五年中继续不断地对太阳外表Fe 、Ti、 Cu光谱观测，与预言相符。1958年穆斯保尔R L Moss Bauer效应发现后，实验室中利用射线实验也与预言相符。广义相对论2恒星位置假说 爱因斯坦预言，由于引力作用，光线实践上是弯曲的，因此，我们平常观测到的恒星位置是有误差的。大约在1.74 。 为了证明这一预言，德国曾在1914年组织调查队前往俄国克里木半岛，预备在全日食情况下进展

16、观测。恰逢第一次世界大战迸发，调查队人员全部被俄国作为战俘拘留，至使这次观测未能进展。广义相对论 1919年，英国皇家学会组织了两支科学调查队，一支前往西非北部的索布拉尔，一支前往西非几内亚湾的普林西比岛后一支调查队由著名天文学家爱丁顿Arthur Stanley Eddington1882-1944率领。普林西比的结果是1.610.30，索布拉尔的结果是1.980.12, 在误差允许范围内与预言1.74 相符合。以后，在1954、1957年的调查与预言完全符合。广义相对论3地球引力场强度假说 根据广义相对论计算，地球的引力场强度是不均匀的，近中心者强度大，随间隔拉开逐渐减弱，这种强度差别，会

17、使得时钟快慢发生差别。 根据这个计算，1960年，庞德和雷布卡作了一个实验，在距海平面22.6m的塔顶和塔底各置一钠钟，测出其快慢差为2.510-15秒，与预言完全符合。广义相对论4引力波假说 1974-1978五年间对PSR1913+16双星观测，该双星质量大，体积小，密度极大，轨道周期仅8小时。其中之一为脉冲星，脉冲星周期59毫秒，每周期减少万亿分之三310-13，近五年上亿次观测记载，参数精度达百亿分之一10-11观测结果与预言完全相符。广义相对论5黑洞假说 广义相对论 广义相对论开场并不为大多数人所了解。 相传一次皇家学会的聚会上，人们都说，世界上只需三个人懂广义相对论。除了爱因斯坦，

18、他的教师闵可夫斯基，人们以为第三个人当然是爱丁顿了。可是，爱丁顿却说：“我也在想，这第三个人是谁？广义相对论 学者们大多不懂广义相对论，主要原 因是爱因斯坦运用了当时鲜为人知的黎曼几何，张量计算，绝对微分等数学方法，运用克里斯多夫符号，闵可夫斯基Hermamm Minkowski 1864-1909四维时空统。从而，爱因斯坦促进了一门新的学科非欧几何学的开展。非欧几何 如今，人们都知道非欧几何与爱因斯坦的关系。其实，在爱因斯坦以前，非欧几何就悄然地产生了，只是由于派不上什么用场，不断停留在“纯数学领域而鲜为人知。似乎数学家们默默地为在为广义相对论预备数学工具。非欧几何 广义相对论发表后，爱因斯

19、坦又在非欧几何学方面做出了出色的奉献，作为非欧几何开创人之一被载入史册。非欧几何【3】非欧几何简介 非欧几何最开场是几位数学家分别单独研讨的几种几何学，他们是：高斯1778-1855，N T 洛巴切夫斯基1793-1856，黎曼1828-1866等。 最早以完好方式发表在1833年。高斯 非欧几何 非欧几何实践应称为“微分几何或“非正那么几何。由于其与传统的欧几里德几何学不同而被俗称为“非欧几何。在我们熟知的欧氏几何中的根本概念如：点、线、面，在非欧几何中没有这种概念，相当于这些概念的是“未下定义的物质形体。如黎曼几何中的“流形。其中，既有物质的广延，又包含时间。非欧几何黎曼流形 欧氏几何中极

20、重要的“对称性、“全等性、“不变的角非欧几何中没有这样的概念，相当的是“部分曲率性质，即“非正那么性质。非欧几何 在计算上，主要是微分、拓朴，甚至“绝对微分法即没有固定坐标的微分系统。非欧几何门类很多，这里简单引见两种，即洛巴切夫斯基几何和黎曼几何。 非欧几何 洛氏几何又被称为“宇宙几何。由于它描画的是大尺度空间，又称为“内蕴几何。其最大特点是“保形性。非欧几何t非欧几何 L2 洛氏平面表示图 在黎曼几何中，任何一个“黎曼流形都是一个“张量场，其中任何一点都具有四个方向上的性质，这是一种“部分坐标性质的几何，只能用无一致坐标的“绝对微分法计算，因这一性质，又被称为“无坐标几何或“无定那么几何。

21、非欧几何 自爱因斯坦后，这些数学方式已有了广泛运用，例如我们如今说的什么“宇宙爆炸、“宇宙收缩、“黑洞、“脉冲星、“白矮星等，都是运用这两种数学方法和爱因斯坦公式计算的结果。非欧几何非欧几何 非欧几何学把形而上学时空观打得落花流水，闵可夫斯基1907年在哥根延数学学会上的报告说：“从如今起，孤立的空间和孤立的时间注定要消逝为影子，只需两者的一致才干坚持独立存在。时间、空间只能是物质的性质和方式，分开是什么物质和物质的实践情况，时间、空间没有意义。 在非欧几何里，时空不可分割。时空与物质不可分割是根本的原那么。非欧几何 爱因斯坦相对论发表后，特别是二十世纪六十年代以来，不仅实验验证如雨后春笋，而且，也成为相对论天体物理学、高能天体物理学和宇宙学的实际根底。类星体、脉冲星、致密x射线源、3K宇宙、微波背景辐射、黑洞、引力波等等的发现和探测，宇宙大爆炸实际和各种宇宙模型纷纷出现。而且，如今仍在开展。相对论【4】相对性 一种现代观念 爱因斯坦的相对论出现后，影响远远超出了物理学的范畴，引起了一场深化的观念革命，这就是相对性观念。相对性 关于相对性，爱因斯坦曾幽默的比如：当他坐在一个得意的女孩子身边时，一小时像一分钟那么短；而当他坐在