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日志

谈谈时空和场的关系

热度 2已有 67 次阅读2018-10-14 21:19 |系统分类:科学探索


谈谈时空和场的关系

 

吕学山

摘要:文中介绍了牛顿的绝对时空观,爱因斯坦的相对时空观。并且指出洛伦兹变换的错误,伽利略变换的正确。同时简介了场的理论。进而指出时空与场的关系。

关键词:时间,空间,伽利略变换,洛伦兹变换,引力场

 

. 引言

1. 牛顿的绝对时空观

牛顿认为时间、空间,是各自独立的,彼此之间没有联系,时间和空间的变化互相不影响。时空具有非物质性,它的变化不依赖于任何物质。

牛顿的绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关,与观测者的运动状态无关,同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量(如坐标、速度)可通过伽利略变换互相联系,这就是力学相对性原理。一切力学规律在伽利略变换下是不变的。

惯性参照系的等价性或平权性是指在不同的惯性参照系中做同样的物理实验可以得到相同的物理方程或定律。

2. 爱因斯坦相对论的时空观

相对论中的时间和空间不是各自独立的,彼此有一定的关联,它们是一个整体,形成一个时空。并且采用闵可夫斯基时空描述。爱因斯坦的数学老师闵可夫斯基将狭义相对论与洛仑兹的理论进行整合,表述成(3+1)维的四维时空。

物体运动的时间坐标和空间坐标是互相影响的。时空与物质世界密切联系。

度规是描述引力场分布的物理量,从而表明时空是否弯曲和如何弯曲。所以广义相对论认为时空弯曲是引力场的体现,引力场的分布由物质决定,也就是说物质使时空弯曲。

 

. 洛伦兹变换的错误

宇宙中的物体都在运动。故此研究物体的运动必须选择参照物,任何物体都可以作为参照物。观测者就是把自己作为参照物。所以物体的静止、运动、速度、位置等等都是相对于参照物或者观察者而言的。地球人默认地面做参考系,所以物体的静止、运动、速度、位置都是相对地面而言的。我们接触的参照系都是相对静止的参照系,因此伽利略变换就是惯性系的相对性变换。

但是,在伽利略变换下麦克斯韦方程组的形式是变的。即如果承认伽利略变换的正确性,那么麦克斯韦方程组只能对某一特出惯性系(绝对静止的参照系)成立。于是荷兰物理学家迈克尔逊-莫雷实验证明了不存在这种特殊惯性系。所以绝对静止的参照系不存在, 物质相对于参照系静止和运动(匀速直线和加速)的描述,又必须考虑参照系的时空结构。于是洛伦兹为了让麦克斯韦方程协变,提出了洛伦兹变换。因此洛伦兹变换取代了伽利略变换。

随着人类对宇宙的认识不断深入,终于找到了绝对静止的参照系。当宇宙大爆炸理论诞生后,以宇宙大爆炸点作为坐标原点的惯性系,就是我们寻找到的绝对静止的参照系。因此,伽利略变换与麦克斯韦方程组的矛盾不存在了,麦克斯韦方程的协变存在了。因此以大爆炸点看洛伦兹变换就没有必要了。所以迈克尔逊-莫雷实验也就毫无意义了。由于洛伦兹变换没有存在的必要,狭义相对论的基础不存在了,皮之不存,毛将焉附,所以狭义相对论成为无源之水,无本之木,必然是错误的。因此伽利略变换反败为胜,获得了新生,成为描述相对性原理的有力武器。

 

. 关于场的理论

时间和空间提供了物体状态变化的"舞台",也是描述物质的存在状态的标记。时空是平直的,均匀的、各向同性的。三种场力(电场力、磁场力和质场力)不会使时空弯曲。现实的空间是三维的欧氏空间,采用笛卡尔直角坐标系描述。

时空与物质世界无关。坐标是描述时空的手段。无论直角坐标,球坐标,柱坐标,极坐标与时空的平坦与弯曲无关,当然丝毫不影响物质的存在状态。

引力场对周围物质的吸引使物质运动路径变弯,是引力场的作用的结果,与时空无关。引力使得场弯曲,而时空不受场的影响,场的弯曲与时空无关。时间和空间本身不能弯曲,时空怎么会弯曲呢?引力场存在的时空仍然是平直的。所以时空不会弯曲,也不产生引力。

广义相对论是关于引力场的理论,它表明,无能量存在的真空是平直的,是一种三维的欧氏空间,但当真空具有能量时,真空即发生弯曲变形,此时的真空就不再是平直的欧氏空间,而是弯曲的黎曼空间,欧式几何不再适用,而代之以黎曼几何。

根据广义相对论,如果太阳突然从宇宙中消失,地球不是被当时的太阳位置所吸引,而是818秒钟前太阳所在的位置吸引。也就是地球会继续绕着太阳运转818秒钟。因为不是质量决定这818秒钟的引力,而是空间曲率产生的引力起作用,维系着地球再运转818秒钟。

而牛顿引力理论认为,地球环绕太阳的轨道是一个闭合的椭圆轨道。如果太阳突然从宇宙中消失,那么地球的轨道立即就改变了,不会在运转818秒钟后再改变。因为是质量决定的引力,而不是空间曲率产生的引力。

 

. 结论

时空是平直的。时空是描述物质存在状态的标记。

场是弯曲的。场(电场、磁场、质场)是电荷、磁荷、质量荷形成的。电场强度、磁场强度。质量场强度是描述场的性质的物理量。

时空与场,二者毫不想干,不可混为一谈。

牛顿的万有引力无法说清力的来源。爱因斯坦认为物质的存在引起时空的弯曲,时空的弯曲产生引力也是错误的。牛顿的质量物体的万有引力来源于磁场力。详见“谈谈荷、力、场”一文。

 

发表评论 评论 (5 个评论)

回复 张培贵 2018-10-20 10:10
  对物质没有正确的认识,必然也对时空、场没有正确的认识,没有正确的认识,相关事物的关系何从谈起?
回复 钟承道 2018-10-31 10:34
张培贵:   对物质没有正确的认识,必然也对时空、场没有正确的认识,没有正确的认识,相关事物的关系何从谈起?
请把你对物质、时空、场的不同观念说出来,非诚勿扰!
回复 张培贵 2018-11-1 19:28
钟承道: 请把你对物质、时空、场的不同观念说出来,非诚勿扰!
  我对物质的认识已经很清楚地下了定义:物质是具有非接触性相互作用这一基本属性的内容。时间是人类研究物质相互作用产生的效率而人为定义的一种物理概念,空间是人类为了有效研究物质作用范围而人为定义的物理概念,场最初只是用来形象化解释电、磁作用而人为的假设,发展到现在被一些人直接人为地定义为了“特殊物质”。后来只要是与作用力有关的范围都被强行加入了“场”这一介质。“场”在最初并没有被人为物质化。
  因此,我才发现任何理论都有三个要素:实质、现象和概念。三者有关非常严格的区别,但是现代大量的理论是将这三要素是严重混淆在一起的。几乎没有一个例外的理论。
回复 钟承道 2018-11-2 06:18
难怪认识不到场是看不见物质,只有想当然!不知道普通物质都是看不见的微观物质演化构成的。
回复 钟承道 2018-11-12 10:35
时空不是物质,但物质都有时空属性,而且是由物质本质——系统构成决定的,故具有不宜热水袋意志为转移的客观必然性。时间和空间都只与物质的本质发生关系,离开物质时间与空间不会发生关系,更不会爱因斯坦的狭义相对论的时空相对性关系。狭义相对论没有认识到真实的光速不变物理,只会引起光物理的时空相对性:c=λ·f;不可能使宇宙时间和空间发生相对性关系!
牛顿的绝对时空观是正确的。宇宙时空不会因光物理具有时空相对性:c=λ·f ;而发生相对化!狭义相对论是想当然形成的错误观念。

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