圣白树花开

太空是哪里(太空是哪里,离开地球了吗)

什么是时空

施郁

(复旦大学物理学系教授)

太空是哪里(太空是哪里,离开地球了吗)-图1

时空就是时间和空间。这似乎就回答了这个问题。其实不然,这个问题的关键在于为什么时空是一个整体。这是爱因斯坦的相对论的后果。在这之前的物理学中,时间和空间是分离的,说它们构成时空没有什么意义。

在爱因斯坦相对论之前, 时间是绝对的,相互运动的不同参照系中,时间是一样的。比如在日常生活中,人们将火车上的时间与地面上的时间当作一样的。空间距离也是绝对的,一个物体的长度,不管它是在火车上还是在站台上,在火车上的人看来与在站台上的人看来,都是一样的。 但物体在不同的坐标系看来,在各个坐标轴上的投影是不一样,即使不同的坐标系之前没有运动,只有旋转。这样的变换我们称作伽利略变换。

现在我们来看看相对论中的时空。 在相互运动的坐标系测量两个事件之间的时间差,结果是不一样;测量这两个事件的空间距离,结果也是不一样的。 但是,我们可以定义一个时空间隔(这是闵科夫斯基发现的):时空间隔的平方=空间距离的平方减去光速的平方乘以时间间隔的平方。这个时空间隔在不同的坐标系中是一样的。

时空是物质的属性。时间是物质的运动,空间是物质的距离。

太空是哪里(太空是哪里,离开地球了吗)-图2

由于物质的概念比较广泛,随着人类对微观世界和宏观宇宙的探索,物质的涵盖就越多,物质的动量复杂化,带来了时空尺度变化的复杂化。

由于物质在微观、宏观(为了表述方便我加了个常态,与经典物理相对应)的表现不一,时空特征则表现不一。我们缺乏一个统一的标尺去统一衡量三个层次的量级差。

一大早没开电脑,只能手画,请凑合着看。(≧∇≦)/

A:代表微观,B:代表常态,C:代表宏观

太空是哪里(太空是哪里,离开地球了吗)-图3

画成同心圆是要表明它们之间的包含关系。

中间的那条线表示尺度,横贯三个层次(说维度怕有歧义)

这个尺度是可以伸缩的,当它对应到具体范围,就是该范围的时空。

实际上每种物质都具有自己独立的时空。但是每种物质都处于更高层次的包含中。便可以用大层次的尺度去统一衡量该层次的物质时空关系。

在经典物理中,认为时间是不变的,是因为那时认知和描述对象都是处于常态层的。统一处于地球引力范围内,背景力场统一,时空尺度统一。用万有引力定律去衡量和计算常态层物质,偏差不大,基本适用。

时空,是说物质存在的四维时空。是由该空间内全体物质共同形成并且存在其中的物质形态。

物质时空的形成是由多重复数的扩展形式形成的。

其中一重复数形成了两个维度,具体的物理映射是能量和时间。时间是公共空间。能量是独立存在不能相互融合。

其中的二重复数形成的是四维空间。

从展开形式可以看出,其中公共部分时间依然是时间,而两个独立分量则分别表示电磁的存在。而公共另一个形式则是物质内在的性质。如果正交则等于零。这个空间主要存在于原子核到核外电子之间。也是一种时空,但是不是四维时空。可以叫电磁时空吧。

所谓时空,就是宇宙。宇为时间世界,宙为空间世界,合在一起就是宇宙。

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