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时空是什么，如何定义？ 已有4人参与
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时空是什么，如何定义？为什么能使物体变长或变短？物理的基础是观测，我们如何观测时空？ 发自小木虫Android客户端 |
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【答案】应助回帖
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广相中的时空是：具有洛伦兹号差度规的四维流形。 如何观测时空？我们需要两样东西：尺子和时钟，也就是建立一个坐标系。 在某个背景时空中，我们可以相对于某个物体A建立一个笛卡尔坐标系O1(t1,x1,y1,z1)，或者对于A做匀速运动的另一个物体B建立另一个笛卡尔系O2(t2,x2,y2,z2)，或者相对于一个做加速运动的物体C建立一个伦德勒坐标系O3(t3,x3,y3,z3)，又或者是一个史瓦西坐标(球坐标系)O4(t4,r,θ,φ)，甚至随便选四组曲线族建立一个坐标系O5(t5,x5,y5,z5)。 建立坐标系完全是任意的，依研究的问题而定，坐标系的刻度就相当于尺子和时钟(坐标时)，理论上，只要是沿着类时曲线单调变化的量，都可以作为坐标时，并依据此做3+1分解可以定出空间坐标。所以坐标系可以有无数个！不同坐标系相应坐标轴之间的刻度间隔可以不同，例如上述O1和O2坐标系之间的坐标刻度间符合洛伦兹变换，O1和O3之间有伦德勒变换，等等。因此，时间与空间的观测结果与坐标系和参考系的选择有关，是相对的，所以叫相对论。 尽管同一个时空背景下可以有无数个坐标系，但有对于两个事件，有一个东西是不变的：时空间隔(或者固有时)，例如在闵氏时空(狭义相对论)的某个惯性坐标系下，固有时dτ2=-dt2+dx2+dy2+dz2，不管是在O1还是在O2中，或者其它的坐标系（当然计算公式要按照响应变换改变），得到的这个值都是一样的。这个固有时的不变性就是时空度规的外在体现。度规是时空的本质属性，坐标系为我们提供了观测时空的方式。 理解坐标时与固有时的区别，就基本回答了你这个问题。 |
18楼2016-02-18 18:48:19
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“时空”首先应该只是概念，物理理论中的概念一般都是对现象的描述。比如“人”，我们观察到一种事物能形成许多现象，能直立行走，能制造使用工具，能思考并能进行语言文字交流等等，我们把这种事物定义为“人”。“人”是概念，而这个概念不能代替所指向的事物，这种事物的一个基本特征是能“被”观察。“时空”所指向的事物是什么？ 发自小木虫Android客户端 |
2楼2016-02-15 16:23:10
sskkyy
银虫 (正式写手)
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3楼2016-02-15 17:33:42
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谢谢楼上的解答。我们观察时钟指针的转动，我们的观察对象是时钟指针，时间在哪里呢？是指针相对指针轴的转动吗？从理论上说，不可能有两个完全同步的时钟，那到底哪个时钟的指针的转动是时间？ 运动是相对的，时钟运动的快慢也是相对不同参照物来说的。放在地表的时钟相对地表是静止的，相对空中的飞机是运动的。指针相对指针轴的转动与时钟相对别的参照物的速度有关系吗？这种关系又由哪个参照物决定呢？ 发自小木虫Android客户端 |
4楼2016-02-15 18:51:47