3、狭义相对论中的时空对称性问题

3、狭义相对论中的时空对称性问题

Weinberg 在他的著名著作《引力论与宇宙论》1一书中用了专门一章，标题为“对称空间”，来讨论时空的对称性。爱因斯坦说过一句话：“过去、现在和将来之间的区别只不过是一种幻觉。”时间不能完全脱离和独立于空间，而必须和空间结合在一起形成所谓的时空的客体。

对称与李群在物理学中有许多应用，在物理学中的应用在极大刺激了群论的发展。对称可以在物理学中从多个层面上观察到，例如在牛顿力学中，包括万有引力定律在内的许多定律都在平移，旋转和反射下保持不变；狭义相对论的一个重要特征就是空间与时间的观念是对称的。

对称性在现代科学中的中心地位，从狄拉克对爱因斯坦的评价也可看出，他在1982年询问杨振宁，什么是爱因斯坦对物理学最重要的贡献？杨振宁回答说：“1916年的广义相对论。”狄拉克说：“那是重要的，但不如他引入的时空对称的概念那么重要。”对狄拉克这个与众不同的观点，杨振宁事后评论说：“狄拉克的意思是，尽管广义相对论是异常深刻的和有独创性的，但是空间和时间的对称对以后的发展有更大的影响。的确，与人类的原始感受如此抵触的时空对称，今天已与物理学的基本观念紧密地结合在一起了。”庞加莱的“回归论”：“任何孤立体系在一个足够大的时间间隔内，将回到它的初始状态。时间不是对称的，甚至可能是循环的。”

在相对论中，时间和空间座标没有真正的差别，犹如任何两个空间座标没有真正的差别一样。譬如可以选择一族新的座标，使得第一个空间座标是旧的第一和第二空间座标的组合。例如，测量地球上一点位置不用在伦敦皮卡迪里圆环以北和以西的里数，而是用在它的东北和西北的里数（1英里=1.609公里）。类似地，人们在相对论中可以用新的时间座标，它是旧的时间（以秒作单位）加上往北离开皮卡迪里的距离（以光秒为单位）。将一个事件的四座标作为在所谓的时空的四维空间中指定其位置的手段经常是有助的。

对于狭义相对论的背景时空，即洛伦兹时空，则有着下述对称性：

(S1)，所有的时空点都是平权的；

(S2)，所有的时空方向都是平权的。

这里所谓‘平权’是指“物理影响相同，没有谁表现特别”。这里的伽利略时空和洛伦兹时空都是1+3维时空，1维是时间，3维是空间。洛伦兹时空中的时空点是4维时空点，时空方向是4维矢量方向。所有的时空方向都是平权的对称性包含着所有的空间方向都是平权的对称性和所有作相对匀速直线运动的惯性参照系都是平权的对称性。

伽利略时空的对称性对应着伽利略坐标变换，这个变换具有10个参数(其中N1对称性4个，N2对称性3个，N3对称性3个）；在此变换下，牛顿力学的规律保持不变。洛伦兹时空的对称性对应着洛伦兹坐标变换，这个变换也具有10个参数(其中SI对称性4个，S2对称性6个）；在此变换下，狭义相对论的物理规律保持不变。空间是相对时间的空间,时间是相对空间的时间,统一在速度这个概念上.

狭义相对论是四维时空的数学框架，其本质和牛顿的三维绝对空间加一维时间相同。它只是对客观物理时间和空间的理论抽象，仅仅是一种数学合理化的抽象，是研究工作所利用的工具。Einstein在狭义相对论中的论断：“将自然界定律表示成四维时空连续区域里的定律，则采取的形式是逻辑上最满意的。”【1】 1908年，德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基在科隆的演讲中说：“我想展现在你们面前的关于空间和时间的看法是从实验物理学土壤中萌芽的，而这就是他们力量之所在。他们是彻底的。从今以后，单独的空间和单独的时间都注定如同阴影般消失，只有他们的某种联合能维持一种独立的实在。”【2】这一新见解为狭义相对论的形成和广义相对论的发展提供了场地和线索，米是通过秒来定义的。

Einstein把三维的空间和一维的时间合并到一起，在笛卡儿坐标基础上，四维时空坐标创立了。狭义相对论揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性，space-time不能截然分开而是统一的整体，但是没有指明时间与空间的本质。不同时刻的三维Euclid空间被分开，把这些空间合并在一起构成了完整的四维space-time图。在狭义或广义相对论的情形下，时间应当是同时性空间或类空表面。在空间——时间中进行匀速直线运动的粒子历史是一条直线——世界线。不变的不是时间间隔和空间间隔，而是space-time线元长度，即△s=△s`,其中△s2=△l2—△c2△t2,△s`2=△l`2—△c2△t`2。前人借用这个概念，把“真空光速不变的原理”表述成“dS≡0”，即“由真空光速不变的原理，我们可以断定，假如两个事件的间隔在某一个坐标系统内为零，那么，它在所有其他系统内均为零”【3】。前辈通过对“时空”、“运动”进行分析与观察，把真空光速不变的原理（dS≡0）推广到了dS为非零值的情形：“我们得到一个很重要的结论：两个事件的间隔在所有的惯性参考系统里都是一样的，即当由一个惯性参考系统变换到任何另一个惯性参考系统时，它是不变的。这种不变式也就是真空光速不变的数学表示”【4】——这就是“时空间隔的不变性”。

Minkowsk指出：“我要向你们提出的空间时间观念是在实验物理学的土壤上产生出来的……从此，单独的空间和单独的时间注定要消退得只剩下一些影子，只有两者的一种联合才会保持为一项独立的实在。Minkowsk空间里时间纬度取虚值，反映了时间和空间的本质

差别，因此洛伦兹变换的不变量不是“椭圆型”（空间坐标的平方和时间坐标的平方符号相同）而是“双曲型”（空间坐标的平方和时间坐标的平方符号不同）的，由此产生了光锥内外及光锥前后几个互相不能靠洛伦兹变换到达的区域。

参考文献：

【1】林为民编译《图说相对论》，内蒙古人民出版社2003年3月版218页

【2】 [英]约翰·格里宾著、黄磷译《大宇宙百科全书》，海南出版社2001年8月版276页）。

【3】见《场论》L12-13，P6

【4】见《场论》L21-23，P7

8、时空的相对性与绝对性原理

8、时空的相对性与绝对性原理 问题导引：牛顿的绝对时间和空间与爱因斯坦的相对时间和空间之间存在什么关系？ 以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。─狄拉克 在时间观念上，作为现代物理学两大支柱的相对论和量子力学一直存在着抵触。量子力学在绝对意义上使用时间的概念，而相对论认为这是不允许的。正如狄拉克所说：“这里我们就碰到了巨大困难的开头。……这个抵触是最近四十年来物理学的主要问题。”【3】按照Einstein的想法，不能说相对论提供了详尽的世界图景，它只是提供了这幅图景所应当服从的某些要求，而且没有指明空间与时间的本质及区别。因此相对论本身并不是一个理论，而是对物理学理论的一个要求，空间与时间应当是绝对性与相对性的统一。 相对空间、相对时间、相对space-time是绝对空间、绝对时间、绝对space-time的表现形式【1】。绝对space-time由相对space-time组成，无穷个相对space-time组成绝对space-time，在研究两个物体的相互作用时，可以把第三个物体激发的相对space-time作为绝对space-time（此时绝对空间并不均匀，绝对时间流速也不均匀）。这一点类似于地理学中的高度都是相对的，但是若以海平面为基准，则可以成为绝对高度。地方时是相对的，但是倘若规定一个标准，则可以认为是绝对的，例如中国的北京时间。 根据这一观点可知广义相对论的正确，例如不是物质存在于空间、时间中，而是物质具有空间和时间的广延性，当一个物体消失时，它所激发的相对space-time消失，但是绝对space-time依然存在。因此绝对时空有宇宙中所有的场——相对时空组成，真空是绝对space-time，Newton的绝对space-time观有其正确性的一面，因此Einstein认为场论未能成功地提供整个物理学的基础。Einstein的相对space-time观与Newton 的绝对space-time观分别看到了问题的一个方面，有一定的局限性，因此应正确理解space-time 的绝对性与相对性的辩证关系。广义相对论中的以太其实就是绝对时空，一个物体在宇宙中其它物体激发的相对时空的总和——绝对时空中总是沿着短程线在运动。 在宇宙的展现过程中，相对空间与绝对空间各司其职，两者对事物的作用以绝对空间为主，以相对空间为辅，尤其在低速世界中是这样。因为物质对space-time结构的影响极其微弱，只有在具有大引力质量的天体的周围才能找到。弯曲space-time中的space-time 流形坐标的意义，是长期困扰相对论理论的最基本的问题之一。如果区分两类space-time 坐标，一类不能与直接测量相联系，纯属数学描述引入的space-time坐标，另一类能与直

狭义相对论的时空观

4.3 狭义相对论的时空观 4.3.1 同时的相对性 光速相对于所有惯性系中的观测者以不变的速率传播，其惊人的结果是:时间一定是相对的。 1 “同时”的定义 设A 、B 两处发生两个事件，在事件发生的同时，发出两光信号，若在A 、B 的中心点同时收到两光信号，则A 、B 两事件是同时发生的。这就是用光前进的路程来测量时间，而这样定义的理由就是光速不变，这样的定义适用于一切惯性系。 2 爱因斯坦理想的 “火车对钟实验” 设有一列火车相对于站台以匀速向右运动，站台上的观测者测得当列车的首尾两点与站台上的A ，B 两点重合时，站台上的A ，B 两点同时发出一个闪光，所谓“同时”，就是两闪光同时传到站台上的中心点C 。但对于列车来说，由于它向右行驶，车上的中点先接到来自车头方（即站台上的A 点）的闪光，后接到来自车尾方（即站台的B 点）的闪光。于是对于列车上中点的观察者来说，A 点的闪光早于B 点。就是说，对于站台参照系是同时的事件，对于列车参照系就不是同时的，即事件的同时性是相对的。 在一个惯性系中的两个同时事件，在另一个惯性系中观测不是同时的，这是时空均匀性和光速不变原理的一个直接结果。 3 同时的相对性 设在惯性系S 中,在不同地点同时发生两事件,时空坐标分别为（x 1，0，0 ，t ）和（x 2，0，0，t ），则根据洛仑兹变换式（4-4a ），有 2221'11c u c ux t t -- =, 2222'21c u c ux t t --=，即()012 2122 '1'2≠---=-c u x x c u t t 讨论 1 从上可知，在某一惯性系同时不同地发生的两个事件，在另一惯性系中观测则是不同时发生, 这就是狭义相对论的同时相对性。同时相对性的本质在于在狭义相对论中时间和空间是相互关联的。若u 沿x 轴正方向，且12x x ->0,则0' 1' 2<-t t ,可得出结论，沿

时空平权的绝对性与相对性

二、space-time平权的绝对性与相对性 摘要: 本文依据相对论的理论基础，发展了space-time平权问题，把时间单位与空间单位统一起来，提出了时空转化的问题，使国际7个基本物理量减少 为6个。 关键词：space-time平权、狭义相对论、国际基本物理量、宇宙量、多普勒效应 （一）、space-time平权的绝对性 人们对科学大师们景仰和崇拜的同时却忘了最该向 科学大师们学习的一点：以真正科学的精神对待已有的理论体系。历史的经验告诉我们，物理学的突破，有一定的客观规律。这就是如日本物理学家武谷三男教授和坂田教授所总结的，物理学的发展往往表现为“三阶段”，亦即首先进入“现象论”阶段，其次进入“实体论”阶段，最后进入“规律论”的阶段，亦即最终突破了物理学的基本规律。物理学在基本规律已确立以后，就转入应用。狄拉克于1937年提出了著名的大数假说，其内容是：“自然界出现的任何两个很大的无量纲数是彼此相关的，他们都由一个简单的数学关系相联系”.“年、月、日、时、分、秒”之时间单位的天文物理意义，是对地

球自转及公转运动过程（趋势）的描述或记录方式。可见，地球时间的本质，实际上就是地球在太阳系空间中的运动进程。时间就是天体在轨道空间中的位置及其连续不断地改变的过程，时间的流逝就是天体在太空空间中的运动及其变化和勇往直前地推进过程。进一步地，时间的天体运动本性，必然表现为单向不可逆并持续不断的特性。因此，时间的概念是对天体运动规律及特性的一种描述方式。结论：时间就是天体的空间位置及运动。人们根据相对论认为空间与时间等价把国际基本物理量减少1个，这早在20世纪中就这样规定了，是用稳定铯原子波长来定义长度的，世界各地的各种非铯和铯原子钟都要和巴黎的铯原子种来校对时间长度（即=完成空间长度校对）。因为在相对论时空下,空间是时间的函数,从物理学讲它们的自由度是一，其中一个变量完全可以替代另一个变量。根据狭义相对论时间空间是不等价的，相对论只是揭示了时空是一个整体，时间和空间有联系。 现代标准宇宙学理论建立在爱因斯坦引力场方程和罗伯逊—沃克度规的基础上，按宇宙学原理，物质分布均匀和各向同性时，宇宙时空具有最大的对称性。而具有最大对称性的时空结构由罗伯逊—沃克度规描述，其形式为：

时间和空间的相对性

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 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，当物体运动中点发光

速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著。 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t t o 教学时要分析清楚“动钟变慢”，与I同时的相目对性的联系，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。 四、时空相对性的验证 根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢． 早在1941 年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论， 美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中□子的数量，结果与相对论预言完全一致．

大学物理第4章 狭义相对论时空观习题解答改

习 题 4-1 一辆高速车以0.8c 的速率运动。地上有一系列的同步钟,当经过地面上的一台钟时,驾驶员注意到它的指针在0=t ,她即刻把自己的钟拨到0'=t 。行驶了一段距离后,她自己的钟指到6 us 时,驾驶员瞧地面上另一台钟。问这个钟的读数就是多少？ 【解】s)(10) /8.0(16/12 2 2 0μ=-μ= -?= ?c c s c u t t 所以地面上第二个钟的读数为 )(10's t t t μ=?+= 4-2 在某惯性参考系S 中,两事件发生在同一地点而时间间隔为4 s,另一惯性参考系S′ 以速度c u 6.0=相对于S 系运动,问在S′ 系中测得的两个事件的时间间隔与空间间隔各就是多少？ 【解】已知原时(s)4=?t ,则测时 (s)56 .014/1'2 2 2 =-= -?= ?s c u t t 由洛伦兹坐标变换2 2 /1'c u ut x x --= ,得: )(100.9/1/1/1'''82 22 2202 21012m c u t u c u ut x c u ut x x x x ?=-?= --- --= -=? 4-3 S 系中测得两个事件的时空坐标就是x 1=6×104 m,y 1=z 1=0,t 1=2×10-4 s 与x 2=12×104 m,y 2=z 2=0,t 2=1×10-4 s 。如果S′ 系测得这两个事件同时发生,则S′ 系相对于S 系的速度u 就是多少？S′ 系测得这两个事件的空间间隔就是多少？ 【解】(m)1064 ?=?x ,0=?=?z y ,(s)1014 -?-=?t ,0'=?t

0)('2=?- ?γ=?c x u t t 2c x u t ?=?? (m/s)105.182?-=??=?x t c u (m )102.5)('4?=?-?γ=?t u x x 4-4 一列车与山底隧道静止时等长。列车高速穿过隧道时,山顶上一观察者瞧到当列车完全进入隧道时,在隧道的进口与出口处同时发生了雷击,但并未击中列车。试按相对论理论定性分析列车上的旅客应观察到什么现象？这现象就是如何发生的？ 【解】S 系(山顶观察者)瞧雷击同时发生,但车厢长度短于山洞长度,故未被击中。 'S 系(列车观察者)瞧雷击不同时发生。虽然车厢长度长于山洞长度,但出洞处先遭 雷击,入洞处后遭雷击,此时车尾已经进入山洞。故未被击中。 4-5 一飞船以0.99c 的速率平行于地面飞行,宇航员测得此飞船的长度为400 m 。(1)地面上的观察者测得飞船长度就是多少？(2)为了测得飞船的长度,地面上需要有两位观察者携带着两只同步钟同时站在飞船首尾两端处。那么这两位观察者相距多远？(3)宇航员测得两位观察者相距多远？ 【解】(1))(4.5699.01400/12 2 2 0m c u l l =-=-= (2)这两位观察者需同时测量飞船首尾的坐标,相减得到飞船长度,所以两位观察者相距就是56.4 m 。 (3)上的两位观察者相距56.4 m,这一距离在地面参考系中就是原长,宇航员瞧地面就是运动的,她测得地面上两位观察者相距为 )(96.799.014.56/12220m c u l l =-=-= 所以宇航员测得两位观察者相距7.96 m 。 4-6 一艘飞船原长为l 0,以速度v 相对于地面作匀速直线飞行。飞船内一小球从尾部运

物理学中的对称性

物理学中的对称性 摘要：物理学中关于对称性探索的一个重要进展就是建立诺特定理，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必然相应地存在着一条守恒定律。守恒定律与对称性之间也存在着莫大的联系，各种守恒定律的出现不是偶然的，是物理规律具有多种对称性的必然结果。 关键词：物理学、对称性、守恒定律 对称现象遍布于自然界中，人体的左右对称，平面镜成像的对称，正方形的中心对称等等。对称现象是物质世界某种本质和内在规律的体现，物理学以研究物理世界规律为对象，是研究自然界中物体运动变化规律的一门科学，它是自然科学中的一个重要的组成部分，那么物理中蕴含着对称性也是必然的。例如：宏观物质世界中的时空对称性，微观物质世界中的对称性，物理量之间的对称性，物理学中的形体对称性等。物理学是美的，这些对称性都完美的体现出了物理学之美。本文将分别从四个方面来研究物理学中的对称性。前三个方面主要讲解物理学中对称性的概念、对称性与守恒定律以及物理学中的形体对称，第四个方面是通过对电与磁的对称性分析，用更直观的对比来认识物理学中的对称性。一、什么是对称性？ 按照对称的定义来讲，对称就是指物体相对而又相称，或者说它们相仿，相等。所谓对称性是指：某种变化下的不变性。自然界中的事物的对称性表现在两方面。第一：物体的形状或几何形体的对称性。例如：五角星的旋转对称，正方体的中心对称性。这是根据对称性的定义，我们使五角星和正方体都绕它们的中心旋转180°，在这样的变换下，变换后图形具有不变性。第二：事物进程或物理规律的对称性。所谓物理规律的对称性是指：物理规律在某种变换下的不变性。例如：一个物体做平抛运动，水平初速度为V，抛出时离水平地面的高度为H，空气阻力忽略不计。在其他外部条件都相同的情况下，在不同的地方使该物体做如上所述的运动，该物体的运动状况是否相同呢？我们知道，平抛运动可以看成

论理解的绝对性与相对性

论理解的绝对性与相对性 彭翠（扬州大学马克思主义学院，江苏扬州225002） 摘要：在传统解释学中，理解具有绝对主义倾向；在哲学解释学中，理解具有相对性主义倾向。这两种观点都违背了马克思主义辩证法的观点。在马克思主义解释学中，理解的性质应是相对性与绝对性的辩证统一。 Abstract：In traditional hermeneutics,understanding with absolute tendency;In philosophical hermeneutics,understanding with relative tendency.Both of these views are contrary to the view of Marxist dialectics.Marxism's Hermeneutics in the understanding of nature is dialectical unity of absoluteness and relativity. 关键词：马克思主义绝对性相对性 Key words：Marxism absoluteness relativity 作者简介：彭翠（1986—），女，江西吉安人，扬州大学马克思主义学院硕士研究生，主要从事西方哲学和思想政治教育研究。 【中图分类号】B27【文献识别码】E【文章编号】1004-7069（2011）-11-0079-01 一、传统解释学中：理解的绝对性 在解释学语境中，所谓理解的绝对性是指理解主体对文本意义把握的正确性，理解结果与文本意义的相符性、一致性。在既定的条件下，理解者对文本的理解是确定的，理解者可以完全的正确的理解文本的原意。[1] （一）理解是客观存在的 首先，理解活动是人存在的最基本的模式。在现代解释学看来，理解关系是人与物、人与人、人与世界最普遍、最重要的关系。人在理解中存在，在存在中理解。它不仅告诉我们怎么想，而且还告诉我们怎样存在。[2]其次，理解是人们社会生活中必不可少的一种现象。人们的工作、生活、学习等一切活动时时刻刻都在发生思想与情感的交流。如何把握交流双方的思想、情感，就必然需要理解来充当媒介，同时这也是理解存在的意义。 （二）理解必须回归文本 理解活动的发生，主要包含理解主体与理解对象。理解的目的就在于通过理解主体把握理解对象的意义。理解的目的就是对文本意义或作者思想的“复原”或“重建”，理解者通过一定的条件有可能达到对文本作品的完全正确的把握。他们强调，语言是作者思想的表达，作品有自身的意义。理解一个文本，就是把作者在作品中表达的思想在理解者的头脑中重建或恢复起来。施莱尔马赫说：“我们必须比作者理解他自己更好地理解作者。”[3]喻指文本中存在着解释将要达到的原义，通过解释学的方法论步骤，理解将最终达到重建这种原义的目的。显然，文本有自身的完全独立于作者的意义，并且强调读者必须尊重作者。 二、哲学解释学下：理解的相对性 与传统解释学中绝对主义相比，哲学解释学并不认为理解可以完全复原文本所代表的原初意境达到与作者的原意一致，而认为理解结果与文本原意只能部分地符合或是对文本意义的部分的正确把握。对此，伽达默尔道： “一个人对另一个人的理解不可能达到与被理解者的完全的符合。”[4]保罗·瓦莱里甚至认为：“根本就不存在文本的原义这样的东西。”[5]足见，在哲学解释学中，理解具有强烈的主体性，且始终建立在理解的条件基础上。 （一）理解主体的历史决定性 德国哲学家伽达默尔指出，“其实历史并不隶属于我们，而是我们隶属于历史。早在我们通过自我反思理解我们自己之前，我们就以某种明显的方式在我们所生活的家庭、社会和国家中理解了我们自己。”[6]由此可见，重建作者原意的企图是不可能实现的，因为不论是文本还是解释者都早已内嵌在历史中，附上时代的烙印。因而，理解者对文本的正确性理解也只是暂时的，随着时间推移发生变化。对此，赫拉克利特说道： “人不能两次踏进同一条河流”，即世界总是处在不断运动变化过程中的。足见，在哲学解释学家们看来，理解的目的不是把握文本的意义，而是为文本创造意义。 （二）前见是理解的基本条件 前见又叫“先知”、“先见”，即已有之见，是理解主体的存在状态。海德格尔指出：“把某某东西作为某某东西加以解释，这在本质上通过先有、先见和先把握来起作用的。解释从来不是对先行给定的东西所作的无前提的把握。如果按照正确的本文解释的意义，解释的特殊具体化固然喜欢援引‘有典可稽’D(asthe)t的东西，然而最先的‘有典可稽’的东西只不过是解释者的不言自明的无可争议的先入之见(Vomrei一nung)：任何解释工作之初都必然有这种先入之见，作为随着解释就己经‘设定了的’东西是先行给定了的，这就是说，是在先有、先见和先把握中先行给定了的。”[7]由此，理解因前见的不同而相异，前见越丰富，视界越宽阔，就越能理解。 三、马克思主义视域内：理解的相对性与绝对性 在马克思主义哲学中一般都把绝对和相对理解为是反映现实事物普遍联系的一对矛盾范畴。它们的性质、内涵是相对的，相对的反面就是绝对，绝对的反面就是相对。[8]现实生活中，每一次理解都是有条件的、相对的，且相对的理解中包含有绝对的成分，多样性中包含有同一性。马克思主义解释学认为，绝对的理解是不能完成的，因解释学循环的存在，理解总是开放的、没有终结的，绝对的理解只能存在于相对的理解之中。其实，文本有自身的意义，但这个意义是不确定的，需要由理解者去“构建”，但这种构建并不受理解者的主观意愿决定，而是受两个客观条件的限制：其一是文本自身的意义；其二是理解者的前理解。由此可见，以上两种对理解性质的认识皆违背了马克思主义辩证法的观点，把理解的一个方面扩大化、绝对化。因而，本文认为理解的性质应是：相对性和绝对性的统一。 参考文献: ［１］陈海飞．解释学基本理论研究［Ｍ］．中共党史出版社，２００５：２７４ ［２］王永辉．解释学的理解观对教育的启示［Ｊ］．教育评论，２００６（６）：７ ［３］［德］伽达默尔．真理与方法［Ｍ］．上海译文出版社，１９９９：２８４．［４］严平．伽达默尔集［Ｍ］．上海远东出版社，１９９７：３１ ［５］艾柯．诠释与过度诠释［Ｍ］．三联书店，１９９７：４２ ［６］［德］伽达默尔．真理与方法［Ｍ］．上海译文出版社，１９９９：３５５．［７］洪汉鼎．理解与解释—连释学经典文选［Ｍ］．东方出版社，２００１：１２０ ［８］高翔．浅谈绝对与相对的内涵与关系［Ｊ］．和田师范专科学校学报，２００５（２） 政治 思政探讨 79 --

2、经典力学中的时空对称性问题

2、经典力学中的时空对称性问题 一切物理现象都发生在时空之中，时空的对称性必然会影响物理现象的特性,因此在研究物理理论时，往往要研究时空的对称性。牛顿力学的方程是关于时间反演不变的，也就是说在牛顿的宇宙中，一切动力学过程都是可逆的,因此无法找出一个标度时间向前演化的物理量。量纲不仅规范了物理量的物理意义，而且包含了不同物理量之间的关联性，隐含着客观存在着的物理规律。 Galileo 相对论指出，不存在“静止状态的”绝对意义，所以“在不同时间的空间的同一点”是没有任何意义的。在18世纪末年，达兰贝尔（J.L.d , Alembert ）和拉格朗日(https://www.docsj.com/doc/fa4700972.html,grange)等在他们的著作中，提出了把时间想象为第四个纬度的建议。例如拉格朗日写到：“这样以来，我们就可以把力学看成是一种四维几何学，而把分析力学难看成是解析几何的一种推广。”文献【1】在‘引论’中就预先指出，对于牛顿力学的背景时空，即伽利略时空，有着下述对称性： (N1)，所有的空间点都是平权的，所有的瞬时也都是平权的； (N2)，所有的空间方向都是平权的； (N3)，所有作相对匀速直线运动的惯性参照系都是平权的。 从时空角度上看，“实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数则是时空的数量关系”。在普利高津看来，在近代科学的经典——牛顿力学中，时间作为一个描述运动的参数，是反演对称的，把时间换为空间有相同的结果，这意味未来和过去看来没有实质性的区别。 天气预报主要是通过对大尺度空间（水平和垂直）气象条件的探测，来预报未来的天气情况。如果预报未来的时间越长 ，就要求对空间探测的尺度越大。可以说：对时间尺度的预报，依赖于对空间尺度的了解。考古学家就是通过对地层的研究来推断以前的历史情况。地层越深，可推断出该年代就越久远。上述是space-time 平权理论的实际应用，用公式表示：dt t K dx x f t x )()(00??-=?,上式的物理意义是：对某一物质而言，若其空间量有了变化（如体积变化），那么该物质必然会产生某一过程；反之，若某一物质产生了某一过程，其结果必然存在空间量的变化。时和空在变换中它们之积是个不变量,时空是不均匀的，但时空却应该是连续的，物体的运动速度、质量、动量和能量也应该是连续的。数学中几何概型的计算时，当几何测度为时间和长度时运算是一致的，时间用长度表示，也是时空平权的反应。你问某人从巴尔的摩到华盛顿有多远，得到的回答可能是“45分钟”：你问的是距离，

10、运动和静止的相对性与绝对性

10、运动和静止的相对性与绝对性 （1）、运动的相对性 如果一个物质系统的位置，由某一个观察者来测量是随时间而运动着，就称此系统是相对于该观察者而运动着。因此，绝对运动是没有意义的，只有相对运动才可以有意义；由某一个观察者测得是静止的物质系统，对处于另一个参考系的观察者就可能是运动着的。人们不能决定在不同时间发生的两个事件是否发生在空间的同一位置。例如，假定在火车上我们的乓乒球直上直下地弹跳，在一秒钟前后两次撞到桌面上的同一处。在铁轨上的人来看，这两次弹跳发生在大约相距100米的不同的位置，因为在这两回弹跳的间隔时间里，火车已在铁轨上走了这么远。这样，绝对静止的不存在意味着，不能像亚里士多德相信的那样，给事件指定一个绝对的空间的位置。事件的位置以及它们之间的距离对于在火车上和铁轨上的人来讲是不同的，所以没有理由以为一个人的处境比他人更优越。 Einstein说：“可惜我们不能置身于太阳与地球之间，在那里去证明惯性定律的绝对有效性以及观察一下转动着的地球。”【2】“我们不知道有什么法则可以找出一个惯性系。可是，如果假定出一个来，我们便可以找到无数个。”【3】狭义相对性原理认为，所有惯性参考系都是完全等价的，不存在一个优越的特殊的惯性参考系；在一个惯性参考系内部做的任何物理实验都无法发现该惯性系相对任何别的惯性系的运动速度。Einstein说：“如果世界上只有一个物体存在，是不能考察它的运动的，因而只存在一个坐标系和另一个坐标系的相对运动。”【5】“取定两个物体，例如太阳和地球，我们观察到的运动也是相对的，既可以用关联于太阳的坐标系来描述，也可以用关联于地球的坐标系来描述。根据这个观点来看，哥白尼的成就就在于把坐标系从地球转到太阳上去，任何坐标系都可以用，似乎没有任何理由认为一个坐标系会比另一个坐标系好些。【6】Einstein承认：“关联于太阳的坐标系比关联于地球的坐标系更像一个惯性系，物理定律在哥白尼系统中用起来比托勒密系统好得多。” “我们能否这样地表达物理定律，使它在所有坐标系中，既不单在相对作等速运动的坐标系中而是在相对做任何运动的坐标系中都有效呢？如果这是可以作到的，那么困难就会得到解决，那时我们边有可能把自然定律应用到任何一个坐标系中去。于是，在科学早期中的托勒密和哥白尼的争论也就变得毫无意义了。”当初爱因斯坦建立相对论时曾说过一段话：“大家知道,麦克斯韦电动力学——象现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体

4、广义相对论中时空对称性

4、广义相对论中时空对称性 对于广义相对论，由于引力场使得时空弯曲，在全时空中彼此作相对匀速直线运动的惯性参照系是不存在的（在时空的局部范围内可以存在匀速直线运动，也可以存在局部惯性参照系）。由于这个原因，广义相对论中的时空的对称性，一般要低于伽利略时空的对称性和低于洛伦兹时空的对称性，即其所对应的保持规律不变的坐标变换之参数要减少。在广义相对论中，时空的对称性往往随所研究的具体问题而异。在经典广义相对论的实时space-time中，因为时间只沿着一位观察者的历史增加，不象空间那样可以沿着历史增加或减少，时间和空间方向可以区分开来；在广义相对论中，对称性由洛伦兹群（或庞卡莱群）所支配。 一般认为，以广义相对论为理论基础的宇宙学中的时空对称性是【1】： (C1)，所有的空间点都是平权的； (C2)，所有的空间方向都是平权的。 为什么说所有的空间点都是平权的？如果空间之内点与点不是平权的，则在空间某些部分,物质会堆积得很多,而在另外一些部分, 物质则分布得很少,这不符合天文观察。 天文观测的事实表明：大尺度空间内星系或星系团的分布以及射电源的计数，大体上是均匀的，而微波背景辐射的分布，均匀程度更高。为什么说所有的空间方向都是平权的？如果空间之内各个方向彼此不是平权的，会引发什么现象呢？整个宇宙绕轴旋转就是一个例子，在这种情况下，旋转轴就是一个特殊方向，它跟其它方向不是平权的。Godel曾研究过旋转的宇宙，得出了在这种宇宙中，测地线可能相交的推论。这意味着，从‘现在’可以返回到‘过去’，从‘现在’也可以提前到达‘将来’；这将对因果律造成极大的紊乱。旋转宇宙的问题还有不少，虽然在引力理论和宇宙学中，旋转宇宙也可以作为一个课题来进行研究，但由于它本身的缺点和问题，多数学者并不采纳这种宇宙。比较(C1)、(C2)和(N1)、(N2)，可以看出，以广义相对论为理论基础的宇宙学中的时空对称性同牛顿力学背景时空的对称性都认为所有的空间点都是平权的和所有的空间方向都是平权的。这就是，在一定条件下，可以用牛顿力学来研究宇宙学的理论根源。比较(C1)和(N1)，还可以看出，在以广义相对论为理论基础的宇宙学中的时空中，缺乏所有的瞬时也都是平权的对称性，正是由于这种缺乏，使得宇宙时空出现弯曲，必须用广义相对论来进行研究。对称性(C1)说明宇宙空间是均匀的，对称性(C2)说明宇宙空间是各向同性的，这就是宇宙学原理。显然，宇宙学原理并不是毫无根据的人为假定，它是宇宙对称性的合理推论。 广义相对论具有宇宙因子项重力场方程的普遍形式R uv—0.5g uv R+g uv= - kT uv，式中

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

时空对称性与守恒律

时空对称性与守恒律 信息系统与管理学院童绥圣 201005019008 摘要：对称性和守恒律是基本的自然法则，人们在长期的科学探索 中发现，自然界的各种对称性与守恒律之间具有相辅相存的密切联系。 关键字：对称性对称操作守恒律 引言 作为物理学的最原始、最基本的概念，对称和守恒各自有着深 刻的思想渊源。人类对于对称和守恒的认识也是从表面深入到内部，而对称和守恒也经历了从分立走向综合的漫长发展历程。特别是在 现代物理学中，对称性和守恒律对科学家来说始终具有非凡的吸引力，是一个非常有趣和深刻的话题。在探索千变万化、纷繁复杂的 自然现象的普遍规律的过程中，守恒量与守恒定律是物理学家们长 期倾心关注的议题。现代物理学研究表明，自然界中的守恒定律与 相应的对称性是密切相关的。因此，认识现代物理学对称性的深刻 内涵，明确对称性与守恒律之间的密切联系，对于探究自然规律、 揭示宇宙奥秘是十分重要的。 对称和对称操作 德国数学家魏尔在1951年给对称性的普遍的严格定义：对一个 事物进行一次变动或操作，如果经过此操作后，该事物完全复原， 则称该事物对所经历的操作是对称的，而此操作就叫做对称作．由 于操作(变换)方式不同可以有若干种不同的对称性。 （1）空间反演操作与镜像对称。空间反演操作类似于物体的平 面镜成像，具有对某一轴线或平面的对称性。如物理学中的位置矢 量，经过空间反射后，与镜面垂直的分量反向，与镜面平行的分量 则不变。 (2)空间平移对称操作与平移对称．当某一物理规律经过坐标平 移后仍与原规律相同，则为平移对称。例如，我们将进行物理实验

的全套仪器从北京运到上海，在两地会得到相同的物理定律，即物 理定律具有空间平移对称性。 (3)空间旋转对称操作与转动对称。例如，太阳绕通过其中心的 任意轴旋转某一角度后，其现状与原状一样。进行物理实验的仪器 转动某一角度后，所得到的物理规律不会因空间的转动而发生变化，即物理定律具有空间转动对称性。 (4)时间平移对称操作与时间对称。我们所熟悉的24小时的昼夜 循环，在时间上就表现出具有周期性的平移对称；周期性变化的单 摆只对周期T及其整数倍的时间平移变换对称。空间对称性和时间对 称性是最基本的、最常见的对称性，统称为时空对称性。另外，量 子力学中全同粒子互换后，得到具有交换对称性的哈密顿算符，全 同粒子体系波函数的对称性不随时间的平移而改变。 对称性与守恒律 从现代物理学的高度来审视。对称性和守恒律是基本的自然法则。在经典力学中，牛顿运动三定律只适用于宏观物体，而动量、 角动量、能量三大守恒定律对宏观物体和微观领域都是普遍成立的。自然界广泛存在的对称性在物理学中处于十分基本的地位。上述三 大守恒定律又比牛顿运动定律具有更普遍更深刻的根基。人们在长 期的科学探索中发现，自然界的各种对称性与守恒律之间具有相辅 相存的密切联系。例如，下列每一种对称性(即变换不变性)都对应 着一个守恒定律： 空间平移不变性?动量守恒定律 空间转动不变性?角动量守恒定律

《狭义相对论》

3狭义相对论 3.1狭义相对论基本假设 1. 有下列几种说法： (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的． (2) 在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关． (3)在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速率都相同． 若问其中哪些说法是正确的, 答案是 (A) 只有(1)、(2)是正确的． (B) 只有(1)、(3)是正确的． (C) 只有(2)、(3)是正确的． (D) 三种说法都是正确的． 答案：(D) 参考解答： 光速不变原理和相对性原理是爱因斯坦在创立狭义相对论时提出的两大基本假设。光速不变原理：在真空中的任何惯性参考系上，光沿任意方向的传播速度都是C；相对性原理：所有物理规律在所有不同惯性参考系中的形式都相同。 所有选择，均给出参考解答，进入下一题。 3.2狭义相对论时空观 1. 在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？ (1) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速． (2) 质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的． (3) 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的． (4)惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些． (A) (1)，(3)，(4)．(B) (1)，(2)，(4)． (C) (1)，(2)，(3)．(D) (2)，(3)，(4)． 答案：(B) 参考解答： 在狭义相对论中，根据洛仑兹变换物体运动速度有上限，即不能大于真空中的光速；质量、长度、时间都是相对的，其测量结果取决于物体与观察者的相对运动状态，有动尺收缩和运钟膨胀的相对论效应。 对于所有选择，均给出以下思考题。 1.1相对论的时间和空间概念与牛顿力学的有何不同？有何联系？ 参考解答： 牛顿力学时空观的基本观点是，长度和时间的测量与运动（或说与参考系）无关；而相对论时空观的基本观点是，长度和时间的测量不仅与运动有关，还与物质分布有关。 牛顿力学时空概念是相对论时空观在低速（即运动速度远远小于光速）时的

相对论时空观与牛顿力学的局限性练习题(含答案)

第七章万有引力与宇宙航行 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 1．1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（） A．同时的绝对性与同时的相对性 B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短 C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性 D．相对性原理与光速不变原理 【答案】D 【解析】爱因斯坦提出的狭义相对论两条基本假设是：相对性原理与光速不变原理，其他内容均建立在这两点的基础之上；故选D。 2．假设地面上有一列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的人，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 【答案】D 【解析】由l＝l 2 2 1 u c 直运动方向的长度，即身高不变，故D选项正确。 3．以下说法正确的是 A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子 B．相对论与量子力学否定了经典力学理论 C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变 D．经典力学理论具有一定的局限性 【答案】D 【解析】A．经典力学理论适应于宏观物体，不适应微观粒子，选项A错误； B．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故B错误。C．在

相对论中，物体的质量随运动状态而改变，在经典力学中，物体的质量与运动状态无关，故C错误。D．经典力学理论具有一定的局限性，对高速微观粒子不适用，选项D正确。 4．对相对论的基本认识，下列说法正确的是 A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量 C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快 D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了 【答案】A 【解析】A．相对论认为：真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，故A正确． B．由2 =可知，质量与能量相互联系，但质量与能量是两个不同的物理量，不能说质量就是能 E mc 量，能量就是质量，故B错误； C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上慢．故C错误； D．我们发现竖直向上高速运动的球，水平方向上没有变化，竖直方向变短了，故D错误； 故选A． 5．以下关于相对论的说法，正确的是 A．观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于8 ?m/s 310 B．在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同 C．对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同 D．当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关 【答案】D 【解析】根据狭义相对论，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，故A错误；在不同的惯性系中测量同一物体的长度，测量值是不同的，故B错误；对于同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系中观测结果是不相同的，选项C错误；当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关，选项D正确；故选D。 6．有两只对准的标准钟，一只留在地面上，另一只放在高速飞行的飞船上，则下列说法正确的是（） A．飞船上的人看到自己的钟比地面上的钟走得慢 B．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得慢 C．地面上的人看到自己的钟比飞船上的钟走得快

15.狭义相对论的基本原理及其时空观

《大学物理》练习题No.15 狭义相对论时空观及动力学基础班级____________ 学号__________ 姓名_________ 成绩________ 一、选择题 1. 静止参照系S中有一尺子沿x方向放置不动，运动参照系S'沿x轴运动,S、S'的坐标轴平 行.在不同参照系测量尺子的长度时必须注意[ C ] (A) S'与S中的观察者可以不同时地去测量尺子两端的坐标. (B) S'中的观察者可以不同时，但S中的观察者必须同时去测量尺子两端的坐标. (C) S'中的观察者必须同时，但S中的观察者可以不同时去测量尺子两端的坐标. (D) S'与S中的观察者都必须同时去测量尺子两端的坐标. 2. 下列几种说法： (1) 所有惯性系对一切物理规律都是等价的. (2) 真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关. (3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同. 其中哪些正确的？[ D ] (A) 只有（1）、(2)是正确的. (B) 只有（1）、(3)是正确的. (C) 只有（2）、(3)是正确的. (D) 三种说法都是正确的. 3. 边长为a的正方形薄板静止于惯性系K的xOy平面内，且两边分别与x轴、y轴平行， 今有惯性系K'以0.8c（c为真空中光速）的速度相对于K系沿x轴作匀速直线运动，则从K'系测得薄板的面积为[ B ] (A) a2.(B) 0.6a2.(C) 0.8 a2.(D) a2/ 0.6. 4. 在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为6s，若相对甲以4c/5(c表示真空 中光速)的速率作匀速直线运动的乙测得时间间隔为[ A ] (A) 10s.(B) 8s.(C) 6s.(D) 3.6s. (E) 4.8s. 5. (1) 对某观察者来说,发生在某惯性系中同一地点,同一时刻的两个事件,对于相对该惯性系 作匀速直线运动的其它惯性系的观察者来说,它们是否同时发生? (2) 在某惯性系中发生于同一时刻,不同地点的两个事件,它们在其它惯性系中是否同时发 生? 关于上述两问题的正确答案是: [ A ] (A) (1)一定同时, (2)一定不同时. (B) (1)一定不同时, (2)一定同时. (C) (1)一定同时, (2)一定同时. (D)(1)一定不同时,(2)一定不同时. 6.圆柱形均匀棒静止时的密度为ρ0，当它以速率u沿其长度方向运动时，测得它的密度为ρ，

时空的相对性(爱因斯坦)3

粤教版选修3-4第五章5.2 《时空相对性》 2010-10-19 17:18:41 字体放大：大中小 5.2 时空相对性 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．理解“同时”的相对性。 2．通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性。 3．通过对两个结论的分析认识时间和空间是不能脱离物质而单独存在的。 （二）过程与方法 1．通过时间间隔相对性和长度相对性的推导，培养逻辑推理能力。 2．通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力。 （三）情感、态度与价值观 培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度。 ★教学重点 同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。 ★教学难点 相对论的时空观。 ★教学方法 在教师的引导下，通过对具体实例的分析，建立模型、形成结论、形成理论，并在应用中加以巩固。 ★教学用具： 投影仪及投影片。 ★教学过程 （一）引入新课 师：上一节课我们学习了狭义相对论的两个假设。请同学们回忆一下这两个假设的内容。生：在不同惯性参照系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同惯性系中都是相同的。 师：根据这两个假设，我们可以得出那些推论呢？这节课我们继续来学习狭义相对论的有关知识。 （二）进行新课

1．“同时”的相对性 师：首先我们来认识一下“事件”的概念，在这里我们说的事件可以指一个婴儿的诞生，一个光子与观测仪器的撞击或闪电打击地面等等.请大家再举几个例子。 生：光从光源发出，宇宙中某个星体的爆发，一个车辆的启动等都是“事件”。 师：下面我们通过一个实例分析，来看看经典物理和相对论对同时的理解有何不同。 ［投影问题］ 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小球，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，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？ 分析：在车上的观察者看来， A球经时间tA= = B球经时间tB= = 因此两球同时到达前后壁。 在经典物理学家看来，同时发生的两件事在任何参照系中观察，结果都是同时的，两球也应同时到达前后壁.这是我们在日常生活中得到的结论。 师：如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？ （引导学生，从经典观点和光速不变原理两方面分析） 生：在车上的观察者看来，闪光同时到达前后壁，在地上的观察者看来，闪光先到达后壁. 师：为什么呢？ 生：根据爱因斯坦相对性原理，在不同参考系中一切物理规律都是相同的，这里匀速运动规律也一样，据s=ct得t= ，车上观察者看来s相同，c也一样，所以t相同，而对地面的观察者，光向后位移s小，而光速仍然不变，所以向后运动光需要较短时间到达后壁。 师：分析得不错，由此看来，根据爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，我们自然会得出“同时是相对的”这样一个原理，也就是说，在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”。 师：那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？ 生：因为火车速度相对于光速来说太小，在光传播的短时间内，火车位移不大，我们不能发现这么短的时间差.如果火车速度接近光速，这一现象一定很明显。 师：是的，看来经典的时间观动摇了，相对论给我们展示了高速运动状态下全新的世界。21世纪教育网 2．长度的相对性 师：下面我们来讨论在不同参考系中测量一个杆的长度结果会如何。[来源:21世纪教育网] 投影下图。