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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 理论物理&天文 » 时空是什么，如何定义？
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那时时光

金虫 (小有名气)

[求助] 时空是什么，如何定义？ 已有4人参与

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？

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1楼 2016-02-15 14:32:47
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那时时光

金虫 (小有名气)
“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？

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2楼2016-02-15 16:23:10
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sskkyy

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
如果要精确定义时空，只能用数学语言，但至于合不合适就要看是否与实验吻合。
时空是一个4维向量空间，其中的向量记作(x,y,z,t), 真正的时间的微元定义为ds^2 = dt^2 - dx^2 - dy^2 - dz^2 = (1- v^2) dt。 当速度v很大的时候，真正的时间ds比dt明显小，所以就是“运动的钟慢”。物理观测在历史上有很多.
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3楼2016-02-15 17:33:42
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那时时光

金虫 (小有名气)
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？

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4楼2016-02-15 18:51:47
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sskkyy

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

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4楼: Originally posted by 那时时光 at 2016-02-15 18:51:47
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 ...

你弄错“时钟”是什么了，它就是惯性系里面的time，并不是中文语言环境中带“指针的钟摆”，这完全是两码事。换句话说，你所在的惯性系里面肯定有一个时间，至于这个时间是怎么获取的，是看电脑显示，还是看钟表的刻度还是看原子钟，那是另外一个事情了。每个惯性参照系里面都有四个量(t,x,y,z),也就是时间一个量，空间三个量。不同参照系的这些四个量之间的关系，满足洛伦兹变换（狭义相对论）。
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5楼2016-02-15 21:24:34
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那时时光

金虫 (小有名气)
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5楼: Originally posted by sskkyy at 2016-02-15 21:24:34
你弄错“时钟”是什么了，它就是惯性系里面的time，并不是中文语言环境中带“指针的钟摆”，这完全是两码事。换句话说，你所在的惯性系里面肯定有一个时间，至于这个时间是怎么获取的，是看电脑显示，还是看钟表的 ...

我特意提到指针只是为了方便表述。你观察电脑，钟表，原子钟，可时间在哪里？它们都有周期变化的特征，可物体具有的特征多了去了，比如圆形，方形等等。难道世上有“圆形”“方形”这种东西？它们在哪里？

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6楼2016-02-15 21:54:12
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sskkyy

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
6楼: Originally posted by 那时时光 at 2016-02-15 21:54:12
我特意提到指针只是为了方便表述。你观察电脑，钟表，原子钟，可时间在哪里？它们都有周期变化的特征，可物体具有的特征多了去了，比如圆形，方形等等。难道世上有“圆形”“方形”这种东西？它们在哪里？
...

我猜测你的问题变成了：如何探测“时间”？如果是这样的话，那就跟你当初的问题“什么是时空”已经不同了，这是两个问题。
之所以假设时间以及空间存在，是因为这和人的直觉很符合，能够和实验事实吻合。圆形方形，都可以由三维空间中的方程来描述出来，所以空间的概念比这些东西更本质。至于时间的（更深的）本质是什么，它到底是什么，由什么引起的。在目前这个阶段，已经超出了物理学或者科学研究水平与范畴。但是任何自圆其说的理论将是有趣的，如果能够被实验证实，在物理里面将是很受欢迎的。
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7楼2016-02-15 23:29:59
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那时时光

金虫 (小有名气)
你把时空定义为4维向量空间。你也说过，物理中的概念要符合实验观测。你认为，我们观测到物质的变化与运动，凭直觉就应该有时间。可在物理中仅仅凭直觉是远远不够的，有没有时间，我们还要找到它，直接测量它，比如希格斯玻色子。可我们测量来，测量去，测量对象都是各种物质，变化与运动只是我们的测量结论，不是我们的测量对象。测量结论是我们建立的概念，概念不是物质，是我们对物质的认知。那4个量中的x，y，z通俗点说是长宽高，也是我们的测量结论，是物质的特征，不能脱离物质而存在。
当今的科学家认为引力波是时空涟漪，可时空到底是概念还是物质都没说清楚，我们大脑中的概念如何起涟漪呢？

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8楼2016-02-16 10:37:13
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sskkyy

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
8楼: Originally posted by 那时时光 at 2016-02-16 10:37:13
你把时空定义为4维向量空间。你也说过，物理中的概念要符合实验观测。你认为，我们观测到物质的变化与运动，凭直觉就应该有时间。可在物理中仅仅凭直觉是远远不够的，有没有时间，我们还要找到它，直接测量它，比如 ...

你也样的问题不是物理问题了。类似的可以问：可导函数是客观存在的物质还是人脑中的幻想？这跟你看问题的哲学取舍有关。物质又是什么？如何定义？文小刚曾说过信息就是物质。

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9楼2016-02-16 12:44:33
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skylarkbaby

铁杆木虫 (正式写手)
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3楼: Originally posted by sskkyy at 2016-02-15 17:33:42
如果要精确定义时空，只能用数学语言，但至于合不合适就要看是否与实验吻合。
时空是一个4维向量空间，其中的向量记作(x,y,z,t), 真正的时间的微元定义为ds^2 = dt^2 - dx^2 - dy^2 - dz^2 = (1- v^2) dt。 当速度 ...

受教了！弱弱地问一句：数学上定义时空只能是四维向量吗？

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我的世界，你不会懂
10楼2016-02-16 12:54:18
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