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现代物理学基础的思考之二:狭义相对论的思考.doc
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现代物理学基础的思考之二:《狭义相对论的思考》目录
第一章 时间和空间
时空问题与物理学
贤哲们对于时间的思考
时间单位
空间单位
运动与静止
亚里士多德的时空观
哥白尼的时空观
伽利略的贡献
牛顿的时空观
康德的先验时空观
彭加勒的约定时空观
运动、静止的绝对性与相对性
马赫的批判
以太论的起源与衰弱
热力学的时间箭头
量子力学的时空观
第二章 经典物理学的几个问题
.狭义相对论诞生之前物理学家对于以太的研究
.场概念的兴起
机械波与介质
.以太论的复兴
.光速的测量
爱因斯坦推导光速是物体运动速度的极限的过程
第三章 洛伦兹变换的思考
狭义相对论产生的背景
狭义相对论的产生以及科学界最初的反应
洛伦兹变换经典物理推导方法
同时性的相对性
1
时空间隔的导出及其普适性分析
狭义相对论的时空变换
狭义相对论中的质量与能量
狭义相对论与统一的电磁理论
狭义相对论中质量守恒、动量守恒与能量守恒之间的关系
狭义相对论的意义
第四章 狭义相对论的时空观
四维时空问题
狭义相对论中的绝对问题
相对论与约定论的关系初探
狭义相对论与以太
狭义相对论的时空变换效应
第五章 狭义相对论的实验验证
质速关系的验证
运动物体在运动方向上的收缩效应
光行差效应的解释
运动物体的时钟延缓效应
相对论多普勒公式的验证
相对性原理的验证
真空光速不变性原理的验证
光速与光源速度无关的验证
第六章 时空平权理论
爱因斯坦的探索性科学假设在科学研究中的重要性
经典力学中时空对称性问题
狭义相对论中的时空对称性问题
广义相对论中的时空对称性问题
量子力学中的时空对称性问题
时空平权理论
时空平权与多普勒效应
时空平权的相对性
质能方程的时空平权理论推导
2
第七章 狭义相对论的困难
物理学界对于狭义相对论的批判
狭义相对论天空中“两朵乌云”
对于光速不变性原理的争论
对于洛伦兹变换的争论
洛伦兹变换的困难
狭义相对论的局限性
第八章 狭义相对论的哲学观浅议
物理学家对于狭义相对论发展的思考
狭义相对论对于哲学发展的影响
狭义相对论对于现代物理学理论结构的影响
狭义相对论中相对与绝对问题
光速不变性原理与唯物辩证法关系的思考
狭义相对论与唯物辩证法的关系初探
第九章 狭义相对论困难的思考
狭义相对论效应与加速度之间的关系
洛伦兹变换的修正
狭义相对论效应与广义相对论效应的统一
爱因斯坦早年的哲学观
洛伦兹变换是动力学效应
修正后的洛伦兹变换的实验验证问题
几个狭义相对论验证实验的重新分析
同时性的绝对性
虚速率及其存在下的相对论
第一章 时间与空间
、时空问题与物理学
时间的哲学定义:时间是描述物质运动持续性的一个哲学范畴,空间是描述物质运动
3
广延性的一个哲学范畴,宇宙是标志物质运动世界整体存在的一个哲学范畴。
时间的物理学或宇宙学的定义:时间是描述物质运动持续性的一个物理概念,空间是
描述物质运动广延性的一个物理概念。宇宙或物理宇宙是标志物质运动持续性与广延性整
体存在的一个物理概念,是物质的整体,具有整体性的特征,可以为数学把握。
《中国大百科全书》(物理学)中有条目空间和时间:“力学、物理学、天文学和
哲学的基本概念。在力学和物理学中,这些概念是从对物体及其运动和相互作用的测量和
描述中抽象出来的;涉及物体及其运动和相互作用的广延性和持续性。空间是在测量和描
述物体及其运动的位置、形状、方向等性质中抽象出来的;时间则是从描述物体运动的持
续性,以及事件发生的顺序中抽象出来的。空间和时间的性质,主要通过它们与物体运动
及其相互作用的各种关系和测量表现出来。物理学对于空间和时间的认识,还存在着一些
基本问题有待解决,还在不断的发展”。
宇宙,现代汉语词典释为:“一切物质及其存在形式的总体(“宇”指无限空间,“宙”指
无限时间)。”【】宇宙一词最早载于春秋时期晋国程本(字子华)所著《子华子》一书
《孔子赠》篇:“惟道无定形,虚凝为气,散布为万物,宇宙也者,所以载道而传焉者也”
【】是说唯有千变万化的客观规律,寓于看不见的“气”和万物之中,所谓宇宙,就是通过
它们显现这些客观规律的埸所。到了战国时期,鲁国的尸佼在其所著《尸子》一书中,第
一次明确定义了“宇宙”:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”即宇宙是天地万物的
总称。这个定义虽不深刻,但很简单且直观,故而被大家接受,传承至今。现代科学认为
宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界,它处于不
断的运动和发展中。
英语词汇中跟宇宙相对应的有“和“,二者旧时虽有诸多歧义,
年新版英语辞典中已使这两个词汇明确化:“指称所有时空范围内一切事
物存在的总体;“指称天文学意义上的整个天体系统。科学家试图用纯物理理论
来解释宇宙起源,依赖于三个假设:用数学语言表达的自然定律可以解释一切现象;这些
定律适用于一切时间、地点;基本的自然定律是简单的。天文学上宇宙指人们所能观测到
的星系和星际物质的总称。研究这个整体的物理分支是宇宙学。目前可观测宇宙的大小约
为 亿光年 光年
所谓时空观就是有关时间和空间的物理性质的认识,时空观同自然科学的发展是密切相
关的,科学上的重大变革往往伴随着新时空观的产生。甚至在一定意义下可以反过来说,
4
时空观的变革才是科学上大变革的基本标志。物理学研究的发展表明,科学理论的重大变
革往往以时空观为突破口,并伴随新时空观的产生。
物理学随着人们对时空与物理客体之间的认识之进化而进化,从而时空概念本身及其在
物理学中的地位和作用,也在发生着相应的变化。然而对于宇宙(包括物质、运动、时间、
空间)的认识和理解,从古到今无论是神学家们、哲学家们、物理学家们一直在进行非常
激烈的辩争,但现在它们大体都已形成了各自的主流认识。时间和空间,是运动着的物质
存在形式。空间是物质存在的广延性,时间是物质运动过程的持续性和顺序性。科学从科
学发展前的思想中将空间、时间和物质客体(其中重要的特例是‘固体’)的概念接收过来,
加以修正,使之更加确切。目前物理思想的特点,和整个自然科学思想的特点一样,是在
原则上力求完全用‘类空’概念来说明问题,力求借助于这些概念来表述一切具有定律形式的
关系……完全用‘类空’概念来理解一切关系在原则上是可能的(因为‘物质’已失去了作为基
本概念的地位。【 】这里关于空间时间事件诸概念(我们将把这些概念简称为“类空”概
念,以有别于心理学方面的概念。在一定的条件下,物理学必须并且只能以一个一致的时
空概念作为其研究的基础和出发点。
时空观是物理理论的基石,也是自然科学的基石,因为存在的一切都发生在一定的时
间和空间之中。 物理学家薛定谔所讲的,我们不用时空进行思维,我们根本就不能思维。
物理学的时空概念不可与哲学上的时空观相等同,因为前者以科学论证为特征,而后者以
抽象思辨为特征。但是,它们以不同的方式都影响着物理学家的研究,为破除旧的概念、
形成新的概念提供着方法论武器。而当一种物理时空概念形成,进而发展成为科学理论体
系,并以其科学的特质影响着不同的哲学学派对时空概念的解读时,物理学的时空观便成
为哲学时空观的科学基础。上的时空观就是在与物理学时空概念的抽象化、理想化要求之
间的相互作用和相互启发中,产生和演变的。自然哲学时空观进行批判和扬弃的结果,由
此形成了科学化的时空概念。这种时空概念一开始是一种所理解和接受。它将因果性不仅
确立为自然的基本原理,而且确立为哲学在理解自然时的基本观念。这种观念为构成近代
科学的哲学基础起到了背景的作用。在物理学上坚信自然的物理规律是统一的信念和对物
质本原的深入研究,推动着物理学时空概念的发展;时空概念的变革成为物理学发展过程
中解决理论矛盾的出路。
爱因斯坦认为:“时空是一种我们用来思考的模式而不是我们用来生活的条件。”诺贝尔
物理奖得主劳克林说 :未来的理论物理 学应 该说明空 间和时间 是什么。 物理学家薛
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