时间和空间的相对性

高二年级物理学科导学案

题目：时间和空间的相对性

【学习目标】

１．知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论

２．了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响３．通过实例，了解时间和空间的相对性，体会相对论时空观与低速世界情境的差异。

重点：狭义相对论关于时空相对性的重要结论

难点：“同时”的相对性

【使用说明学法指导】

1．先通读教材，勾画出本节内容的基本知识，再完成教材助读设置的问题，依据发现的问题，然后再读教材或查阅资料，解决问题。

2．独立完成，限时15分钟

I、知识准备

1.狭义相对性原理：在不同的参考系中，一切都是相同的。

2.光速不变原理：的光速在中都是相同的。

II、教材助读

一．同时的相对性

1.经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生两个事件，在另一个惯性系中观察也是

的。

2.相对论的时空观：“同时”具有性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察的。

二．长度的相对性

3.经典的时空观：一根杆的长度不会因为观察者是否与杆做而不同。

4.相对论时空观：“长度”也具有，一根沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度

5.相对论长度公式：。

三．时间间隔的相对性

6. 经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是的。

7.相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是的，惯性系越大，惯性系中的进行得越慢。非但如此，惯性系中的一切过程都变慢了

8.相对论时间间隔公式：

III、预习自测

1．(1)经典物理学家认为：如果两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定是________发生的．即同时是绝对的，与所在的惯性参考系________．

(2)狭义相对论的时空观认为：同时是________的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是________的．

2．(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做________________而不同．

(2)相对论的时空观：长度也具有____________，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度____，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度______．

(3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，称为固有长度，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l，l0，v的关系是l＝________________________.

3．(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是________的．

(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是________的，惯性系________________越大，惯性系中的______________越慢．非但如此，惯性系中的一切__________________________________________________________．

(3)相对时间间隔公式：设Δτ表示与运动的惯性系相对静止的观察者观测的时间间隔，Δt表示地面上的观察者观测同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝________________________. 4．相对论认为________和________是有联系的，与物质的________________有关．经典物理学则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间没有什么联系．

请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决

I 、学始于疑—我思考 我收获（学习基础）

1、如何理解同时的相对性？

2、如何理解长度的相对性？

3、如何理解时间间隔的相对性？ 学习建议：请同学们用3分钟认真思考这些问题，并结合预习中自己的疑问开始下面的探究学习。

II 、质疑探究—质疑解疑 合作探究（课堂探究开始）

问题

1：

图1

地面上A 、B 两个事件同时发生．如图1所示，对于坐在火箭上沿两个事件发生地点AB 连线飞行的人来说，哪个事件先发生？

问题

2：沿铁道排列的两电线杆正中央安装一闪光装置，光信号到达一电线杆称为事件1，到达另一电线杆称为事件2.从地面上的观察者和运动车厢中的观察者看来，两事件是否是同时事件？

【针对训练】

6．在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，则在其他惯性系中观察，结果是( ) A ．一定同时 B ．可能同时

C ．不可能同时，但可能同地

D ．不可能同时，也不可能同地 【归纳总结】

【拓展提升】

下列关于经典力学的时空观，正确的是( )

A ．经典力学的时空观中，同时是绝对的，即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件，对另一参考系中的观察者来说也是同时发生的

B ．在经典力学的时空观中，时间间隔是绝对的，即任何事件(或物体的运动)所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的选取无关

C ．在经典力学的时空观中，空间距离是绝对的，即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点距离是绝对的不变的量值，而与参考系选取无关

长度的相对性

100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km /s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？

问题2：如果两条平行的等长的杆在沿自己的长度方向做相对运动，与它们一起运动的两位观 察者会对两杆的长短作出什么判断？

【针对训练】

一个观察者测得运动的米尺长0.5m ，静止时的长度为1m ，求此米尺以多大的速度接近观察者？

【归纳总结】

【拓展提升】

假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里人，观察的结果是

A ． 这个人是一个矮胖子

B ． 这个人是一个瘦高个子

C ． 这个人矮但不胖

D ． 这个人瘦但不高

时间间隔的相对性

问题1：π＋介子是一种不稳定粒子，平均寿命是2.6×10－8s(在自己的参考系中测得)．

(1)如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室坐标系中测量的π＋介子寿命多长？

(2)π＋介子在衰变前运动了多长距离？

问题2：如图2所示，A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以不同的速度向同一个方向飞行，B的速度小于C的速度，地面上的观察者认为哪个时钟走的最慢？哪个走的最快？

图2

【针对训练】

长度测量与测量物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了。一艘宇宙飞船的船身长度为l0=90m，相对地面以ν=0.8c的速度在一观察站的上空飞过。

（2）观察站测得飞船的船身通过观察站的时间间隔是多少？

（3）宇航员测得船身通过观察站的时间时间间隔是多少？

【归纳总结】

【拓展提升】

某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这段路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为() A．0.5c B．0.6c C．0.8c D．0.9c

III、我的知识网络图—归纳总结串联整合

【当堂检测】1．用相对论的观点判断，下列说法不正确的是()

A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的

C．在地面上的人看来，以10 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些

D．当物体运动的速度v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计

2．.狭义相对论为什么叫假设而不叫做原理？

3．为什么我们在日常生活中没有觉察到这种“同时”的相对性？

4．如图所示，车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两

只完全

相同的光球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动(相对于车

厢)，问：

(1)在车厢内的观察者看来，光球是否同时到达两壁？

(2)在地上的观察者看来，两光球是否同时到达两壁？

一、基础巩固题

1．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是(

)

2．假设甲在接近光速的火车上看地面上乙手中沿火车前进方向放置的尺，同时地面上的乙看甲手中沿火车前进方向放置的相同的尺，则下列说法正确的是( )

A ．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大

B ．甲看到乙手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小

C ．乙看到甲手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大

D ．乙看到甲手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同

图3

3．如图3，假设一根10 m 长的梭镖以光速穿过一根10 m 长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的．以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是( )

A ．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它

B ．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来

C ．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖

D ．所有这些都与观察者的运动情况有关

图4

4．如图4所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是( )

A ．A 时钟走时最慢，

B 时钟走时最快 B ．A 时钟走时最慢，

C 时钟走时最快 C ．C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快

D ．B 时钟走时最慢，A 时钟走时最快

5．如图5所示，强强乘坐速度为0.9c(c 为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为

(

)

图5 A ．0.4c B ．0.5c

C ．0.9c

D ．1.0c

二、综合应用题

6．一飞船以v ＝9×103 m /s 的速率相对于地面飞行，飞船上的钟走了5 s ，用地面上的钟测量经过了多长时间？

7．一个以2×108 m /s 的速度运动着的球，半径为a ，试分析静止着的人观察球会是什么样的形状？

8．假如有一对孪生兄弟A 和B ，其中B 乘坐速度为v ＝0.9c 的火箭飞往大角星(牧夫座α)，而后又飞回地球．根据A 在地球上的观测，大角星离地球有40万光年远，这次B 往返飞行经历时间为80.8年．如果B 在离开地球时，他们的年龄都为20岁，试问当B 回到地球时，他们的年龄各有多大？

三、拓展提升题

9．如图3所示，沿铁道排列的两电线杆正中央安装一闪光装置，光信号到达一电线杆称为事件1，

到达另一电线杆称为事件2.从地面上的观察者和运动车厢中的观察者看来，两事件是否是同时事件？

图3

10．地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁

路的长度应为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？

时间和空间的本质

不连续时空观的探讨及发展 翟帅 摘要：目前国内研究的大多是爱因斯坦的四维连续时空，而本文的工作是以圈量子理论为主要依据，并进一步发展，使之成为描述时空特点的完善的理论。为什么时空总是和热力学产生那么多深刻的联系呢，因为能量是时空产生的原因，而热即是能量的一种。 关键词：不连续时空能量芝诺悖论圈量子理论 、、目前时空的理论 1、广义相对论 爱因斯坦的时空是四维的弯曲连续时空， 在这个时空，没有直线。引力和电磁力都可以用时空弯曲来解释。毋庸置疑，这是天才的理论，它极其深刻的说明了引力和电磁力，使人类向大统一场迈了一大步。可以把爱因斯坦的时空模型比做一种流体，这样就直观的体现了爱因斯坦时空的特点，大质量的物体会引起超流体的局部变形，变形的程度取决于物质的质量。每次新的理论的产生，不是完全的否定过去，而是将原来的理论发扬光大。 2、弦理论 20世纪，物理学最恢弘的战斗发生在广义相对论和量子论之间，广义相对论在大的空间尺度、大的质量环境下体现出了它的正确性，而从微观角度，量子力学体现出了它的正确性，为了使这两个理论统一，物理学家们提出了弦理论，这个理论认为世间万物都是由微小的弦组成，吸引了大批物理学家并取得了一些成果，但是这仍然是一个不成熟的理论，弦理论预言的大量新的基本粒子和各种力并没有被观测到。 3、混沌分形理论

有人把混沌论、量子论、相对论称作21世纪最伟大的三个学说，混沌论产生于非线性空气动力学，后来发展到宇宙学领域，它认为空间是破碎的，是不确定的，在这个时空，甚至无法测量线段的长度。分维数的不断迭代产生拉压，折叠，扭曲产生了时间和空间，它指出了时空的不连续特性，但是这个理论并不能说明时间和空间的本源。 4、圈量子理论 一些新锐的科学家，在那些经过实验检测的结论上，利用自创的数学语言，几位科学家经过计算发现，时空是量子化的，或者说是离散而非连续的，时间和空间是由极小的圈组成，圈之间的相互作用，形成了所谓的自旋网络，也就是说时空很像一堆泡沫。圈量子理论提出后，一些科学家对它进行了检验，发现广义相对论在某种上和圈量子理论很相似，此外，圈量子理论还可以很好地解释黑洞的一些现象。 、、这些理论的纰漏 1、无法解决的芝诺悖论 芝诺悖论最为著名的是阿基里斯和乌龟的赛跑，假设开始时乌龟位于前方的100米远处，而阿基里斯的速度是乌龟的一百倍。当阿基里斯跑了100米时，乌龟移动了1米，而阿基里斯再前进1米时，乌龟前进了1厘米，如此，阿基里斯永远追不上乌龟。尽管有些人号称用无穷积分可以解这个悖论，但事实上积分学本身就避开了这个悖论的逻辑，这个悖论在连续时空的前提下是无解的。 2、狭义相对论前提没有明确 狭义相对论的假设是在飞驰的火车上，而我们知道如果火车的速度没有达到光速，那么它只是在做相对运动，而相对运动可以看做静止，因此在飞驰的火车和静止的火车上并没有区别。之所以出现这个问题，是因为影响火车内时间和空间的因素不在于

高一语文：《空间和时间旅行》(教学方案)

( 语文教案 ) 学校：_________________________ 年级：_________________________ 教师：_________________________ 教案设计 / 精品文档 / 文字可改 高一语文：《空间和时间旅行》 (教学方案) Chinese is known as the "Mother of Encyclopedias", which is the best interpretation of it, so learning Chinese is very important.

高一语文：《空间和时间旅行》(教学方案) 教学目的： 一、基础知识目标：理解文章基本内容，了解有关空间和时间旅行的知识。 二、能力培养目标：把握空间旅行、时间旅行、时间膨胀等概念，快速、准确地筛选相关信息。 三、思想教育目标：引发学生想象与联想，激发学生热爱科学、勇于探索的兴趣与热情。 教学设想： 本文是一篇科普文章，概念多，信息量大，适于训练学生筛选信息的能力。在本单元前三篇课文的学习过程中，学生已基本掌握了筛选信息的一些基本方法，因此，本课可设计成一节训练验收课、提高课，使学生在实践中家展筛选信息的能力，提高阅读水平。

本课是自读课，课文内容涉及科学的尖端课题，其中的名词术语不宜要求全部理解，如旋转黑洞、白洞、虫孔、超级绳索等。把握什么是空间旅行、什么是时间旅行是学习本文的关键。空间旅行概念容易理解，难点在于对时间旅行的把握。教师可利用文中大胆而奇特的想象激发学生阅读的兴趣，并给予学生充分的阅读、思考和探讨的空间，注重发展学生的思维。 教学重点和难点： 把握空间旅行、时间旅行、时间膨胀等概念，快速、准确地筛选相关信息。 教学方法：自读课。 教学步骤： 一、设问导人，引发兴趣。 1．导语：宇宙对于人类来说，充满了神秘色彩与超乎寻常的吸引力，尽管人类从诞生之日起就在探索宇宙奥秘的问题上进行着不解的努力，但至今我们仍对宇宙知之甚少。于是科幻作家们赁借丰富而奇特的想象，构建出了一个个新颖离奇的虚幻世界，对宇宙奥

时间与空间的无限性

空间与时间的无限性 什么是无限？如何理解时间和空间的无限性？一般的回答都是如下：( 1 ) 空间的无限指的是空间在三维广延性方面的无限; 时间的无限性指的是在一维持续性方面的无限,( 2 ) 运动着的物质世界的无限性决定时间和空间的无限性。( 3 ) 整个宇宙的时间空间是无限的, 特定的具体的时间空间是有限的。（4 ) 无数特定的有限时间和空间之总和构成无限的时间空间。 这样的定义或许本身就是一个自相矛盾体。“空间的无限指的是空间在三维广延性方面的无限; 时间的无限性指的是在一维持续性方面的无限,”将空间和时间都放在了一个有限的范围内来定义无限。有限中的无限，是不能认为是绝对无限的。“时间的无限性指的是物质在持续性方面的无限性，即时间的一维性是无限的。它总是一往无前地流逝着。运动着的物体从任何一个时刻追溯它的过去和将来都是无穷无尽的。”这个表述虽然把物质运动甚至运动都置于时间和空间之中，其实这物质及运动与时间空间并没有什么内在的、必然的联系。因为时间空间的本质在这里已经被规定为三维方面的无穷延伸和一维方面的无穷持续，而运动者的物质充充其量是被放进去的。这样来定义时间和空间的无限性并未能超出牛顿的“绝对时间”和“绝对空间的”的概念。这种所谓的时间空间不是和具体的有限的事物处在同一矛盾统一体重的。而是外在于有限的规定性。这样来定义时间和空间的无限性就已经表现出割裂无限与有限的特征。现行无限性理沦原则上承认物质世界和时间空间都是无限与有限的对立统一，但又把两者之间的对立统一关系表述为：整个物质世界是无限的，空间和时间也是无限的……特定的具体的物质运动形态是有限的，特定的物质运动形态所处的空间和时间也是有限的。那么，两者是怎么统一起来的呢？“无限的物质世界是由无数特定的有限物质运动形态构成的。有限的时间和空间也是由无数的有限时间和空间构成的。”于是这对立的两者便统一起来了。这种表述实际上是将两者割裂开了。因为这样一来，无限与有限的适用对象与范围便是不一样，具体的事物便不具有无限的性质。而整个宇宙也没有了有限的性质，从而是一种非具体的抽象物。于是，有限与无限又被分离开来，两者并不是有机的统一在一起。既没有能统一在具体有限的事物中，也没能统一在抽象的无限中。在对两者的对立统一关系的解释中，无限与有限仍然是互相外在的。 无限与有限的这种互相外在，表明无限并不是在辨证的思维中把握的，而仍然是一种非此即彼的思维方式的把握。

空间和时间旅行

空间和时间旅行》 教学目的： 一、基础知识目标：理解文章基本内容，了解有关空间和时间旅行的知识。 二、能力培养目标：把握空间旅行、时间旅行、时间膨胀等概念，快速、准确地筛选相关信息。 三、思想教育目标：引发学生想象与联想，激发学生热爱科学、勇于探索的兴趣与热情。教学设想： 本文是一篇科普文章，概念多，信息量大，适于训练学生筛选信息的能力。在本单元前三篇课文的学习过程中，学生已基本掌握了筛选信息的一些基本方法，因此，本课可设计成一节训练验收课、提高课，使学生在实践中家展筛选信息的能力，提高阅读水平。 本课是自读课，课文内容涉及科学的尖端课题，其中的名词术语不宜要求全部理解，如旋转黑洞、白洞、虫孔、超级绳索等。把握什么是空间旅行、什么是时间旅行是学习本文的关键。空间旅行概念容易理解，难点在于对时间旅行的把握。教师可利用文中大胆而奇特的想象激发学生阅读的兴趣，并给予学生充分的阅读、思考和探讨的空间，注重发展学生的思维。 教学重点和难点： 把握空间旅行、时间旅行、时间膨胀等概念，快速、准确地筛选相关信息。 教学方法：自读课。 教学步骤： 一、设问导人，引发兴趣。 1．导语：宇宙对于人类来说，充满了神秘色彩与超乎寻常的吸引力，尽管人类从诞生之日起就在探索宇宙奥秘的问题上进行着不解的努力，但至今我们仍对宇宙知之甚少。于是科幻作家们赁借丰富而奇特的想象，构建出了一个个新颖离奇的虚幻世界，对宇宙奥秘作出了别出心裁、绚烂多姿的推断和设想。如大家熟知的《星球大战》、《佛罗纪公园》、《失落的世界》等等。那么人类是否真的能在不久的将来移居其它星球？是否真盼能让时光倒流，重返白至纪探寻恐龙灭绝的原由？今天我们就和英国科普作家齐然尔曼先生一起探讨关于空间和时间旅行的问题。 二、明确本课训练重点、训练要求及训练方式。

有关时间空间的名人名言

有关时间空间的名人名言 马克思说：时间是人类发展的空间。下面为你分享的是有关时间空间的名人名言，希望你喜欢! 1) 在时间的大钟上，只有两个字现在。 2) 春色满园关不住，一枝红杏出墙来。(叶绍翁) 3) 时间给空想者痛苦，给创造者幸福。 4) 今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。 5) 时间是最公正的消耗品，它不会因权贵、贫贱、俊丑而“短斤少两”。一样的品质，一样的尺度，在它面前人人平等。 6) 时间最珍爱爱惜它的人们。声色犬马、碌碌无为，时间就会从你的身边悄悄溜走;不断学习，充实自己，你就会觉得时间在有意为你放慢。 7) 光阴易逝，岂容我待。世界上最快而又最慢，最长而又最短，最平凡而又最珍贵，最容易被人忽视，而又最令人后悔的就是时间。;; 高尔基 8) 必须记住我们学习的时间是有限的。时间有限，不只是由于人生短促，更由于人事纷繁。我们应该力求把我们所有的时间用去做最有益的事情。;; 斯宾塞 9) 当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，让那珍惜时间的人赶到他们的前面去;; 苏格拉底

10) 光阴有脚当珍惜，书田无税应勤耕。 11) 时间是一笔贷款，即使在守信用的借贷者也还不起。 12) 用经济学的眼光来看，时间就是一种财富。 13) 要成功一项事业，必须花掉毕生的时间。列文虎克 14) 浪费时间叫虚度，剥用时间叫生活。 15) 时间是我的财产，我的田亩是时间。 16) 只有把握住今天，才能开创明天。 17) 时间像弹簧，可以缩短也可以拉长。 18) 把握住今天，胜过两个明天。 19) 在所有的批评中，最伟大最正确最天才的是时间。 20) 勤勉的人，每周七个全天;懒惰的人，每周七个早晨。(英国) 有关时间空间的名人名言(精选篇)1) 早晨不起误一天的事，幼时不学误一生的事。 2) 一日无二晨，时过不再临。 3) 一万年太久，只争朝夕。;;毛泽东 4) 不管饕餮的时间怎样吞噬着一切，我们要在这一息尚存的时候，努力博取我们的声誉，使时间的镰刀不能伤害我们。;;莎士比亚 5) 不要老叹息过去，它是不再回来的;要明智地改善现在。要以不忧不惧的坚决意志投入扑朔迷离的未来。;;朗费罗 6) 不要为已消尽之年华叹息，必须正视匆匆溜走的时光。;;布莱希特 7) 当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，

时间和空间的性质及其维数

时间和空间的性质及其维数 付昱华 （中海油研究总院，E-mail: fuyh1945@https://www.docsj.com/doc/5a2347096.html,） 摘要根据唯物辩证法，时间和空间都具有两重性，即绝对性和相对性。没有绝对时间和绝对空间，相 对时间和相对空间也就不存在，反之亦然。但是，它们的地位又是不平等的。绝对时间和绝对空间更重要，因为它们分别是相对时间和相对空间的参照系。另外，绝对空间是平直的，而相对空间可以是平直 的也可以是弯曲的。至于时间和空间的维数，是一个极为复杂的问题，需要讨论的是复杂时间和复杂空间。绝对空间是三维的，绝对时间是一维的（由三维绝对时间形成的）。对于相对空间，可以有多维空间、分数维空间、复数维空间、变维空间。对于相对时间，可以有与相对空间相对应的多维时间、分数维时间、复数维时间、变维时间。换句话说，空间与时间的关系是一一对应关系。针对一般认为空间是三维的、时间是一维的观点，根据分形理论关于自相似性和相似性的观点，得出对应于三维空间的三维时间。应用相对论中的洛伦兹变换，导出一种特殊情况下三维时间的具体形式，并将其改写为变维分形的形式。文中实例表明，建立多维时间和多维空间等框架，不仅是可能的，在某些情况下也是必须的。 关键词绝对时间，相对时间，绝对空间，相对空间，分形理论，变维分形，复杂时间，复杂空间 前言 时空理论的发展，走过了一条艰难曲折而又漫长的路。最初由牛顿建立了绝对空间和绝对时间的理论。这种时空观认为空间是个刚性的框架，而时间是均匀流逝着的。时间与空间均不受任何物理过程的影响。以后建立的相对论，提出了四维时空连续区的概念。即任何一个物理事件都对应着四个数字：其中三个表示事件的地点，一个表示事件的时间。爱因斯坦认为大量事件的总体构成一个四维时空连续区域，时空的性质与物体运动有关，其中包含着时间和空间不再是绝对的和彼此之间相互独立的含义。随着量子理论的发展，又提出了时间和空间是事物之间的一种次序的观点。 尽管时空理论在不断发展，但是有一种观点始终未变，即一般认为，空间是三维的，时间是一维的。 时间是一维的观点，令人想起了欧几里德几何学的第五公设：过直线外一点只能做一条其平行线。如所周知，只能做一条平行线的观点早已被非欧几何所突破。既然如此，时间是一维的观点是否也应该突破呢？ 早在1982年，张树润在《潜科学杂志》上讨论了七维时空，提出时间是四维的。笔者在不知张树润工作的情况下，于2002年9月提出三维时间和多维时间的观点。在此基础上还可以讨论分数维时间、复数维时间和变维时间。 空间的维数同样需要重新考虑。 根据这种情况，本文提出复杂时间和复杂空间的概念，并对有关的问题进行初步探讨。 1时间和空间的绝对性和相对性 根据唯物辩证法，时间和空间都具有两重性，即绝对性和相对性。相对时间和相对空间是有条件的，暂时的，有限的；绝对时间和绝对空间是是无条件的，永恒的，无限的。绝对和相对是相互依存的，二者缺一不可。没有绝对时间和绝对空间，相对时间和相对空间也就不存在，反之亦然。没有绝对时间和绝对空间，相对时间和相对空间就不能定义。现在，如果说一个事物只有优点没有缺点，恐怕没有谁会相信。不可能只存在相对时间和相对空间的道理，和不可能存在只有优点的事物的道理是一样的。 类似于绝对真理存在于相对真理之中，绝对时间和绝对空间只存在于相对时间和相对空间之中。

时间与空间维度

B 时间与空间维度 任何文化体系总是一定时间和一定空间的人群所创造的。任何文化系统或特质，都不能没有时空参照系。我国古人，春秋时以?宇?指空间，?宙?指时间，所谓?时空?也就是?宇宙?——?上下四方渭之宇，古往今来渭之宙?。以三维空间和一维时间密切联系的四维座标系考察文化系统间的运动，是很有必要的。(《文化学概论》郭齐勇湖北人民出版社 1990.2 P250) 所谓文化的时间性，是就文化发展中的持续性、阶段性来说的。文化的时间性的内涵，包括：(1)文化在量上的累积和延续；(2)文化在质上的变异与区分，(3)文化特质在流传过程中的暂时性或长久性。从时间维度上考察，文化体系发生、发展、成熟、衰亡、复兴、重构、再生的过程即是量上的累积(连续性)和质上的变异(阶段性)之矛盾的统一过程；也就是旧特质的衰退与新特质的增加的过程，其间亦不乏由量到质的转化、飞跃，即渐进过程的中断。例如，从人类科技史上看，从常规科学到科学革命，再到常规科学和科学革命，展示了无数的运动过程。从文化特质的绵延与变异来看，有的易于变迁，如服装款式，劳动工具；有的则难于变迁，如宗教信仰，哲学理论。 文化层 文化中的时间概念影响着人们对于生存、创造、生命、未来、生活等所有方面的认识和追求，并最终形成了不同文化风格的文化形态或文化类型。因此，在文化学的研究中，时间对文化的影响往往在诸如文化层等历史文化的凝固中，得到最直接的答案。 文化层的概念最初是由德国的文化学家格雷布内尔于1904年在柏林召开的人类学、民族学、史前学会议上提出来的，在这次会议上，他提交并演讲的论文题目就是《埃塞俄比亚文化圈及文化层》，后来，文化圈与文化层一道在文化界广泛流传开来。什么叫文化层呢?所谓的文化层就是指在文化发展的历史进程中，存在着不同的层次，每一个层次都反映着不同时期的不同文化特征。从本质意义上来说，文化层是文化累积的结果，正如考古发掘一样切开文化历史的横断面，我们可以看到不同的文化层被一层层地覆盖在地下，成为历史的积淀。反映着人类文化创造的历史和文明进步的程度。（陈华文《文化学概论》上海文艺出版社2001.11 P113） 所以，文化层所代表的是一个历史时期．它的重心是指向时间维度。作为研究人类文化史的一个重要的工具性概念，文化层对于我们了解人类文化的产生、发展，比较、研究、鉴别各个民族文化嗣续有着重要的意义。 1.时间维度即历时维度 （1）原始时代（人类过着与动物相去不远的生活，一切生活来源皆仰自然赐予）农业时代（有了相对稳定的食物来源，建筑房屋等） 工业时代文化（科技发明史）（陈建宪：《文化学教程》华中师范大学出版社，2004.12） （2）传统农业文明、现代工业文明、后工业文明（衣俊卿：《文化哲学十五讲》，北京大学出版社，2004.10 P79）

我对宇宙和时间空间(时间法则、空间法则)的看法

我对宇宙和时间空间(时间法则、空间法则)的看法 一般的时空概念。空间是永恒不变的，变化的只是生存在空间内的生物，以及发生的事件在变化，时间被认为和空间一样，是宇宙的两个本质属性之一。神界的神修炼的最高法则就是时间法则和空间法则。 但是事实上，时间是什么，没人能下一个标准定义。时间就是物质存在的一种方式，空间是物质和物质之间的距离。时间和空间都是从物质这个更原始的概念延伸出来的次概念。而能感受到时间的，不是虚空，而是活着的人。 人的生命是有限度的。因此人类只能感受到短暂的时间。由于时间比较短，因此对时间的认识无法深入。 人类对空间的认识也是如此。由于视线狭窄，无法真正认识空间。只能根据蛛丝马迹进行猜测。在海边的人看远方的帆船，先露初桅杆再露出船身，渐渐发现生活的大陆也许不是一个平面，而是一个曲面。 随着时代发展，神对时间法则的渐渐领悟。开始探寻时间加速，时间减速，时间静止。但也涉及到一些无法理解的问题。比如返回过去，前往未来导致的悖论。 A神如果回到过去，杀掉对自己有威胁的B，那B是否会马上消失？还是说宇宙，甚至神界会分裂成无数个平行宇宙？ 这个问题如果无法参破，则时间法则和空间法则无法圆满。 之所以产生这种悖论，主要是将空间看为一种不变的量度。而且把时间也看成是一种有方向性的矢量。认为过去和现在全部处在同一根时间轴上。因此会产生这种谬误。更产生多重宇宙的错误想法。 宇宙是物质构成。时间和空间是物质的两个属性。物质没有理由为了弥补对两个概念的错误认识，而无限分裂，凭空增长。 首先是时间和空间概念的更新。时间和空间是同时存在不可分割的。过去的时空，现在的时空，以及未来的时空是同时存在的。彼此之间可以通过奇异点进行链接。 A生存在A时空。他的未来时空称为B时空。他从来没有见过B时空，更不知道B时空有什么，发生了什么事情，有什么生物。但是他知道A时空之前发生的事情，这些事件称之为历史。 但是由于时空彼此链接，事实上，B时空后的C时空，D时空，却很可能被A认为是已经发生过的历史。

空间和时间旅行(教师中心稿) 教案教学设计

青青子衿 一课文说明 这是一篇科变普文章，从信息的角度看，信息量大，新信息多，适合用来训练筛选信息的能力。 二教学设想 读懂课文的基本内容，大体弄清楚什么是空间旅行，什么是时间旅行，是学习这篇课文的关键环节。空间旅行，易于理解；时间旅行的概括有一定难度，要让学生认真研读“时间旅行”一节。 二课文中的名词术语不宜要求都理解，也不大可通能都理解。旋转黑洞、白洞、虫孔、超级绳索------不宜纠缠。但是，假如学生感兴趣，愿意自己查询资料弄懂文中的科技术语，教师则应予鼓励。 三可以边理解课文内容，边完成课文后练习，不留课外作业。但应当鼓励学生课外读读科普书。 四特点：第一，奇幻而有所依循。依循什么？一是依循人类现已创造的科学成果（如天器），二是依循科学原理、科学揄（如相对论）。幻想的展开是散发性的，但散发之中有约束，有规范，并不是随意的、散漫的胡思乱想。是的，如果科学幻想失去依循，就不成为科学作品了。 第二，奇幻而有新趣。作者谙熟天文学知识、航天航空知识，诸种材料信手拈来。但不是什么都拈来，而是自有原则，这原则一是“科学”，二是“浅显”，三是“有趣”。“趣”字很重要。不仅材料有“趣”色，文字表述也有“趣”色，为读者展现了一幕幕科学奇观，又避免了一般科学文章（或科普文章）的一大堆艰深术语、繁琐图表。是的，如果科学幻想失去趣味，就不成为科普作品。 （二）从空间到时间 空间与时间的关系，在普通人看来绝对是两回事，二者不能混淆，更不能有相互转换的关系，但是用现代科学眼光看恰恰相反，借助高科技条件，人们不仅能自由地作空间旅行，而且为将来的时间旅行作了准备。就是说，总有一天人们可以将宇宙空间旅行转换成宇宙时间旅行，又将宇宙时间旅行转换成宇宙空间旅行。至于哪一天能实现，在什么条件下实现，还很难说，但至少科学家已从理论上作出了探索，并证明了其实现的可能性。 本文从天文学的角度将宇宙分为空间场和时间场，并从这两个层面结构成文，两个层面在思路上互相区别，又中有叠交。一方面可以说文章的视野（或思路）是以地球空间为起点，逐层扩大地扫视域外空间乃至全面宇宙空间，直到宇宙边缘或尽头。其思路简图示之： 地球--行星--恒星--宇宙边缘

四维空间与能量本质

四维空间与能量本质 王大为 国网湖北电力中超建设管理公司湖北武汉微信号：wdw45740967在我们所生活的空间中我们能够直接接触到长宽高这样比较直观的维度，还有虽然我们不能直接接触但是可以感受到的维度--时间。这四个维度共同构成了我们的四维空间。虽然还不能直接接触到四维空间，但幸运的是我们拥有回忆，在回忆里，把我们一连串的活动记录下来，这就形成了我们脑海中的四维空间，虽然它不是真正的四维空间，仅仅由一系列三维片段构成，而且我们的大脑还做不到全方向、各个角度的审视和处理，但是这也足够使我们的智力得到发展并通过学习构建了今天的社会。 对于现实的生活空间人们使用数学这样的工具来描述它，并利用其严密的逻辑来证明我们宇宙空间的自洽性。在这里，只需要一些基本的物理规律，简洁的数学描述就足以促使我们的宇宙运行下去，终日不辍。 在这些基本的物理规律中有一条及其重要的定律，那就是能量守恒定律。数百年间，经历了无数人的质疑、验证，多少永动机梦碎，至今依然屹立不倒。1915年在爱因斯坦发表广义相对论的同年，伟大的德国女数学家埃米〃诺特发现了诺特定理，第一次从理论上证明了能量与时空的对应关系（诺特定理对于物理系统空间平移的不变性给出了动量守恒定律，对于时间平移的不变性给出了能量守恒定律）。而早在十年前的1905年，爱因斯坦就提出了令世人瞩目的质能方程2 E ，向世人揭示了质量与能量 mc 的关系，质量、能量还有空间之间的关系在人类不断的探索与追问下慢慢显露出了一丝真容。人们认识到能量与空间存在着现实对应的关系，对于空间，爱因斯坦的老师闵可夫斯基创立了闵可夫斯基空间，爱尔兰数学家、

物理学家哈密顿发现了四元数，它们都可以用来描述四维空间。然而最敏锐的还是爱因斯坦，他意识到速度与时间的关系以及光速的重要性，即时间随速度的增加而变慢这一日常难以观测到的事实并给出了关系式 t c v t )1('22 -=。在这里如果我们把速度与时间联系起来，可以惊喜的发现它们恰巧具有这样的关系，利用四元数可以表述如下： 2 222221z y x z y x z y x v v v v z y x v v v v i c v j c v k c v c v c v c ++=→→???? ??+++-?=有三个空间轴上的速度，、、分别表示、、表示光速，表示四维速度矢量，注：其中 或者简洁表述如1)1(22 222 =+-c v c v 这样的形式，时间与速度的平方和刚好就是光速的平方，这像极了三角形勾股定理，时间与空间的关系呼之欲出。利用四维空间可以很好的解释这个现象，因为空间是四维的，并以光速扩展，因此所有的物体都是在以光速运动，只有方向不同。在这里时间也是一维空间，物体在其间也具有速度，且物体的时间速度大小是22v c -，与空间速度v 对应（具体了解可以见拙作《关于四元数的几何意义和物理应用》）。 可以说以时间方向作为物体运动的正方向，不同速度的物体只是运动方向偏转了而已，其它并没有什么不同。利用三角函数可以很轻易的描述时间与空间的关系并体现出能量与空间的关联性。例如以时间方向作为运动正方向，构建时间、速度、光速关系的三角形，将光速作为斜边，速度作为对边，时间作为邻边，可以得到一个α角及如下三角函数：

时间和空间的相对性

时间和空间的相对性公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-

§15-2时间和空间的相对性 教学目标 一、知识与技能： （1）同时的相对性 （2）运动长度的收缩 （3）时间间隔的相对 （4）了解时空相对性的验证 （5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别 二、过程与方法： （1）理解同时相对性的推演过程 （2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程 三、情感态度和价值观： （1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。 （2）辩证地看待经典物理理论 教学重点、难点 从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性 教学方法

阅读小结 教学手段 多媒体课件 教学活动 一、“同时”的相对性 知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。 两种情景 中点发光 情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 讲解关键：在各个参考系中光速都为c 情况2 ：地面 上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的

利用相对运动原理，可假设车静人动 ，人和地面相当于火车，结果与前面相似 让学生自己分析课本上的“思考与讨论” 二、长度的相对性 1、要让学生知道长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显着。 2、要讲清利用严格数学推导可以得到洛伦兹变换的相对论长度收缩公式。 3、要让学生理解长度收缩公式的物理意义，必须注意参考系的选择及参考系的运动状态。 三、时间间隔的相对性 教学时要分析清楚“动钟变慢”与同时的相对性的联系，使学生知道运动的钟变慢是同时的相对性带来的时空属性。 ①时间间隔的相对性可以通过长度的相对性的一些简单例子加以说明。 ②要讲清“动钟变慢”(或时间膨胀)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。 ③教学中特别指出，运动时钟变慢完全是相对的，由于两个惯性参考系是平权的，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了。 2 1?? ? ??-?=?c v t t

空间和时间旅行 教学设计示例

空间和时间旅行教学设计示例（二） 教学目标 1.根据课文理解“空间旅行”“时间旅行”“时间膨胀”等概念，积累有关科学知识； 2.整体把握文章思想内容，抓住关键句，准确、迅速地筛选、提取有价值的信息，进行思维训练； 3.引发学生想象与联想，激发学生热爱科学、勇于探索的兴趣与热情。 教学设想 本文是一篇科普文章，概念多，信息量大，适于训练学生筛选信息的能力。在本单元前三篇课文的学习过程中，学生已基本掌握了筛选信息的一些基本方法，因此，本课可设计成一节训练验收课、提高课，使学生在实践中掌握筛选信息的能力，提高阅读水平。 本课是自读课，课文内容涉及科学的尖端课题，其中的名词术语不宜要求全部理解，如旋转黑洞、白洞、虫孔、超级绳索等。把握什么是空间旅行、什么是时间旅行是学习本文的关键。空间旅行概念容易理解，难点在于对时间旅行的把握。教师可利用文中大胆而奇特的想象激发学生阅读的兴趣，并给予学生充分的阅读、思考和探讨的空间，注重发展学生的思维。 教学过程 一、导入新课 1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行，突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他们曾经“失踪”过。机长巴达里疑惑不解地说：“我们的班机由马尼拉起飞后，一直都很平稳，没有任何意外发生，但控制室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。”不过，事实却不容争辩：到达机场时，每个乘客的手表都慢了20分钟。无独有偶，据资料记载，1970年也发生过类似的奇闻。当时一架727喷气客机在飞往美国迈阿密国际机场的旅途中，也无故“失踪”了10分钟。10分钟以后，客机也在原来的地方出现；接着，安全飞抵目的地。客机上的所有人也都不知道发生了什么事，而最终使他们相信的理由也是因为所有的手表都慢了10分钟。对此现象，专家们认为惟一的解释是：在“失踪”的一刹那，时间“静止”不动了，或者说出现了时光倒流。 宇宙对于人类来说，充满了神秘色彩与超乎寻常的吸引力，尽管人类从诞生之日起就在探索宇宙奥秘的问题上进行着不解的努力，但至今我们仍对宇宙知之甚少。人类是否真的能

时间与空间

时间与空间 在黑格尔眼里时间是不存在的，存在的是空间占有量的一系列展开。的确，在我们眼中的客观世界是看不见时间的，时间只存在于我们大脑思维的感觉与判断之中。关于时间、空间以及二者关系的问题，在我们每一个人的思维意识里都有着与他人不同的构成成份，换句话说，时空观念是个不确定的认识，对于其更深层次的理解，足可以确定我们每一个人的认识能力与创造力，某种意义上说时空观代表了一个人的人生观、世界观、代表了其对世界的最大理解程度。 德国自然哲学家康德认为，时间和空间是人类感性直观中的先天形式，人通过它去感知事物，才给予事物以时间性和空间性。而马赫更是断言，时间和空间是“感觉系列调整了的体系”。这两种判断异曲同工，都在说明时空观念的产生与我们人类大脑之间的密切的物质联系，这倒给研究大脑生理学的科学家们提供了原则性的启示与方法。再来回味一下近四、五十年电子计算机的发展过程，尤其是电脑的发明与更新换代，没有理由不让人类形成这样一种认识：未来的科技进步是否可以产生完全替代人脑智力功能的更先进的电子设备，如果这样，那么人类就有了成为自己创造发明的附属品的可能。这种认识或许是一种假设，或许还有可能实现，无论怎么说，人类对电脑的开发已经动摇了人类精神世界的神密性，人脑功能形式的可复制性，即电脑的发明已经充分地表明人类精神世界的必然物质属性。神话般的灵魂是不存在的，以各种电磁复杂作用形式存在的人脑的有机功能完全是一种特殊的物质表现形式，虽然特殊还是脱离不了其必然的物质性。由此我们完全有理由可以终结所有的存在于我们头脑中的陈旧、迷信、僵化的意识，甚致于传统的宗教性俗套都不应当羁绊我们的本来就是活的，跳动着自由的物质性心灵世界，上帝只能代表自然的整体本性，而无权决定人的自身存在，反倒是人类才真正地发明了上帝，认识到了自然更深刻的一面。人类可能永远也寻求不到上帝的踪影，可是从人类与上帝这一必然的依赖性中已经说明了人的伟大，自然如果不是上帝的话，那么上帝就是人类自己。 十二世纪产生过一位伟大的阿拉伯思想家，他综合了阿拉伯哲学过去的一切成就，并且对西欧中世纪哲学发生了极大的影响，这就是伊本—路西德。伊本—路西德认为，物质世界在时间上是无始无终的，但是在空间上都是有限的。由于物质的运动才有了时间的存在，才产生了时间现象，归为一点，时间是空间变化产生的连续性效果，变化着的空间表现为时间的存在，人们只能通过变化来测量时间。伊本—路西德的时空观显然与黑格尔的时间是空间的展开达成了默契。而今天庞大的科学体系所赖以支撑的基点、节点之一就是时空观念的改变上，就是时间与空间之间所必然依存的联系上。 生命是有感觉的，表现在生命能够有条件地利用无机世界的客观因素演绎着不同种类，不同形式的生命运动。而所有生命形式，从最小的微生物到巨大的动、植物体包括人类在内却也有着共同的生命依托——水世界的存在，至少在地球，在人类所认识到的领域，水对有机生命世界的产生是无法替代的。无机世界与有机世界的桥梁完全可以认为是由于水的存在而搭成的。不管无机世界与有机世界、非生命与生命，以及生命世界与人类世界之间的必然存在关系怎样，总之以人的思维、人的感受来判断臆造其它生命的自身感受，甚致非生命内在结构的变化都是妄为的，难以达成目的的，就象面对面的两个人的内心世界，如果缺乏必要的

时间与空间

时间与空间 ——物理与艺术的共同主题 ADV15017陈小华 （厦门大学嘉庚学院人文与传播学院15级广告系1班） 摘要：时间与空间是物理与艺术的共同主题,无论是科学还是艺术史上都一直在对时间与空间有着穷追不舍的探索，两者看似相互对立却又息息相关。从西方注重视觉感受的绘画到伽利略牛顿的西方科学，我们可以看见绘画和科学研究上不断的对时间和空间的认识，对光线的发现，对宇宙的探索，而宇宙就是时间与空间，我们对宇宙是无穷的探索对时间和空间也是这样。 关键词：时间空间物理艺术探索绘画 物理与艺术就像是硬币的两个面，艺术表现手段是图象和隐喻,物理表现手段是数字和方程,传统上说，艺术抒发情感；物理追求理性,所以，他们在表面上是对立的。但是, 两者均面对同一个自然，均是人类尝试认知真理的手段。我们去追寻物理和艺术的发展历史，就会发现他们之间在对宇宙图景认知方式上本质存在的相互关联。科学家就是表现宇宙真实存在的艺术家以人性之浪漫情怀拥抱宇宙之道,艺术家——表现情感真实存在的科学家按宇宙之道表达人性之浪漫情怀，宇宙就是时间和空间，所以我们去看西方的科学和艺术史，也可以看见科学家和艺术家们在时间和空间上的认知与研究。从古希腊到文艺复习绘画家从用一般线条和没有阴影单调色彩到受到光影学透视原理等的影响开始了绘画历史的全新状态，利用光影来描绘出各自逼真的场景。我们对时间与空间的认识是无止境的，无论是物理还是艺术上，对时间和空间都有着各种千丝万缕的关系，我们对此也有着做不完的研究与探索，这是一个永恒的研究探索话题。 1.认识与发展 1.1认识 在乔托没有发现透视原理之前，柏拉图，亚里斯多德，拉斐尔等古希腊哲学家就已经在对时间，空间，光这三者进行无尽的探索了。在伊特鲁里亚墓室壁画《哀悼的妇女》中，画中的妇女排成队列，一个接一个，被一种不变的力量主宰着向前行进，既有空间上的线性意义，也有时间上的线性意义。后来线性化的时间概念也在希腊古典艺术中得到体现，即使黑暗的中世纪充满的黑暗，却也抵不住人类对时间与空间的好奇与探索。 1.2发展 乔托发现了透视原理奠定了西方美术的基础，就绘画而论，我们的成就首先应当归功于马萨乔，是他第一次真正使人物脚踏实地。艺术史上有乔托发现透视原理，在物理史上哥白尼在临终前出版了《天体运行论》，向我们描绘了一个全新的宇宙——日心体系。哥白尼的日心体系开拓了人们观察自然的角度和视界，正如乔托的“透视”原则开拓了艺术视野。乔托的眼光超越了平面，哥白尼的心也也飞向了太阳，这已经是人类对时间与空间很大的进步认识了。在这些基础上，后来的物理与艺术都得到许多进步，绘画上阴影和色彩的应用和

空间和时间旅行

空间和时间旅行 导读：教学目标： 一、理解文章基本内容，了解有关空间和时间旅行的知识。 二、快速、准确地筛选空间旅行、时间旅行、时间膨胀等概念信息。 重点：目标二 难点：对时间旅行的把握 课型：自读课文 教学时数：一课时 教学步骤： 一、导入新课 导语：宇宙对于人类来说，充满了神秘色彩与超乎寻常的吸引力，尽管人类从诞生之日起就在探索宇宙奥秘的问题上进行着不懈的努力，但至今我们仍对宇宙知之甚少。于是科幻作家们凭借丰富而奇特的想象，构建出了一个个新颖离奇的虚幻世界，对宇宙奥秘作出了别出心裁、绚烂多姿的推断和设想。如大家熟知的《星球大战》、《侏罗纪公园》、《失落的世界》等等。那么人类是否真的能在不久的将来移居其它星球？是否真的能让时光倒流，重返白垩纪探寻恐龙灭绝的原因？今天我们就和英国科普作家齐然尔曼先生一起探讨关于空间和时间旅行的问题。 二、明确本课训练重点、训练要求。 训练重点：筛选出空间旅行、时间旅行、时间膨胀等信息

训练要求：迅速、准确 三、整体感知课文内容。 1、要求学生读一遍课文，迅速筛选出文章的中心话题，依据各部分小标题理清文章的总体思路。 2、学生讨论、竞答。 明确：全文围绕首句“让我们在地球通向宇宙中的任何行星、恒星和星系的宇宙高速公路上开始我们的旅行”展开话题。 全文共四个部分，每部分的小标题可作为理清思路的切入点。进行空间旅行无论是到其他行星旅行，还是到其他恒星旅行，最大的障碍是速度问题，于是引出第三部分的如何提高速度的话题，但即使是以最快的光速旅行，也不能使个体的人在有生之年达到宇宙中任意远的星体，由此又引出第四部分“时间旅行”的话题。可启发学生画出简洁的思路图。 四、在把握全文思路的基础上分部分阅读课文，筛选主要信息及相关表层信息。 1、讨论并竞答下列问题： ①什么是空间旅行？ 明确：本文指星际和星系之间的旅行。 ②要进行空间旅行，为什么速度问题成为主要障碍？ 明确：利用目前人类所创造的速度最快的太阳神探测器，能在较短时间内进行星际旅行，但这只是想象和推断，因为“其实我们无法登上这个无人驾驶的飞行器”。即使假设太阳神探测器能载人，也无

时间和空间的相对性

1相对论的诞生 2时间和空间的相对性 (教师用书独具) ●课程要求 1 .知道经典的相对性原理，知道狭义相对论的实验基础和它的两个基本假设． 2 .知道狭义相对论的几个主要结论． 3 .了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响． ●课标解读 1 .理解经典的相对性原理． 2 .了解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3 .理解狭义相对论的两个基本假设． 4 .理解同时的相对性、时间间隔的相对性和长度的相对性． 5 .知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的． ●教学地位 本节介绍相对论的简单知识，使学生对相对论有一个初步认识．

(教师用书独具) ●新课导入建议 1971年人类将三只铯原子钟分别放到地面和喷气式飞机上验证相对论：在地面将三个铯原子钟调整同步，把两个分别放在向东、向西在赤道上空高速飞行的飞机上，飞行一周后与留在地面的铯原子钟比较，三只铯原子钟跑的不一样快，为什么会出现这种现象呢？通过这节课的学习，将明白其中的道理． ●教学流程设计 课前预习安排 1.看教材. 2.学生合作讨论完成【课前自主导学】. 步骤1：导入新课，本节教学地位分析 步骤2：老师提问，学生回答补充，检查预习效果 步骤3：师生互动完成“探究1”教师讲解例题 步骤7：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】步骤6：指导学生完成【当堂双基达标】验证学习情况 步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1” 步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 课标解读重点难点

1.知道经典的相对性原理，能说出狭义 相对论的实验基础和它的两个基本假 设. 2.能说出狭义相对论的几个主要结论. 3.了解经典时空观与相对论时空观的主 要区别，体会相对论的建立对人类认识 世界的影响. 1.狭义相对论的两个基本假设．(重点) 2.时间与空间的相对性的理解．(难点) 相对论的诞生 1 . (1)经典的相对性原理 ①表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的． ②表述二：在一个惯性参考系进行的任何力学实验都不能判断这个惯性参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动． ③表述三：任何惯性参考系都是平权的． (2)狭义相对论的两个基本假设 ①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． ②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． 2 .思考判断 (1)静止或匀速直线运动的参考系是惯性系．(√) (2)由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系．(√) (3)在不同的惯性系中，光速是不相同的．(×) 3 .探究交流 一只苍蝇从一列时速300千米的火车里起飞，按理说，它的飞行时速至少

时间空间分析之基础篇

时间空间分析之基础篇 人类的知识，是关于人类所在世界的描述。当然，核心的问题离不开世界的本质。是什么、如何发展变化，既是知识的对象，更是检验知识是否真伪的标准。就如一张四方的桌面，在你描述的中不能变成了圆的。人类根据经验到的世界，加以抽象，形成基本命题，在这个基础上，通过逻辑推理出一系列结论，可以得到一系列的科学知识。 在科学史上有两个人是最重要的：一个是亚里士多德,还有一个是欧几里德。他们共同为西方人以及全人类奠定了最初的逻辑思维的基础。在座的人都学过中学的几何,平面几何，别看平面几何好像很容易学,但它是从简单到复杂的一个非常光辉的典范。大家知道欧几里德几何就是五条公理,五条公理都是明明白白的话。比如说,两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，通过一个点可以画出无数条直线等等。他就是通过这一些不证自明的公理，一步一步地推出一些一眼看过去很难说出来的结论。人类的知识理论最基础的部分，大多是无法证明和反驳的，它们是一些假设、假定，及由假定而发展成的信仰。以此为基础,通过逻辑推理，是可以到达科学的彼岸。知识是为真，是为假。都可以通过检验其中的逻辑通路去辨别。 逻辑本身是思维规则，而人的思维对应于现象界。时间和空间是构成任何经验认识的先决条件，我们绝不能设想事物不存在于一定的时间和空间。事物的相对稳定性状态是形式逻辑的客观基础。可说的东西，是因为流变中存在相对稳定的状态，对于人类的短暂它已经算是永恒了，因而，就存在一种相对可说的东西，是为规律。事物存在于空间时间中并受时空所约束，那么，对应的，人的思维如果要保证与对应事物一致性，就得接受一些约束。这一约束我们称为逻辑规则。这些规则首先要符合这个世界所在的时空约束。 同一律规定在同一思维过程中，A始终是A。所使用的每一概念或判断都有其确定的内容，而不能任意变换。在所指的时间空间范围内，所指的质没有发生变化，则逻辑有效。由于存在这样的要求，当科学家分析问题及做实验时，总是要追求理想状态。为的是减少干扰因素，保证研究对象不因干扰而发生变化。反过来，在一个单纯环境下获得的知识，只对应于该环境下有效。只是人类相对于世界来说是短暂的，在宇宙长河中，一些短暂的瞬间对于人类来说也是永恒了；对应于宇宙如尘埃的地球也大到是全世界了。所以，一些知识对于人类来说，算是永恒的真理了。当人类眼界越来越深远，才知道并非如此。 几百年前，我们认为地球是平的，我们的地球是宇宙的中心，这都不影响它的真理性，因为我们的活动空间没有超出过地球本身。于是，平面几何可以应付一切。当我们需要研究曲面的空间时，就需要另一套理论体系。而在黎曼几何里，平行线可以相交。显然与平面几何已经发生了矛盾，平面几何的定理不能应用于曲面几何，但平面几何仍然在自己的时空约束下是正确的。纯科学的研究者都很注意知识的边界。 通过以上的分析，我们可以确定时空因素决定了逻辑规则的适用性，更决定的分析的可靠性。那么，就有必要研究时空本身的特点以及时空约束产生的原因。对于时间，牛顿在《自然哲学的数学原理》中以附录的形式作了说明，他这样写到：”绝对的，真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事务无关，又名延续；相对的，表象的和普通的时间是可以感知和外在的（不