第8章 宇宙的时空奥秘与命运(15/26)
是一种物理实体,并且空间会受到物质运动的影响而发生变化。笛卡尔的这种思想已经有了广义相对论的一些雏形,但由于缺乏严谨的数学理论作为支撑,所以只能停留在哲学思辨的层面。之后,牛顿提出了绝对空间观,他认为存在一种绝对的空间,这个空间独立于物质世界,并且永远保持不变,就像是一个无限大且空无一物的均匀各向同性的房子,所有的物质都在这个绝对空间中运动。为了论证绝对空间的存在,牛顿还进行了着名的水桶实验。然而,后来的研究表明,牛顿的水桶实验并不能证明绝对参考系的存在,这也使得牛顿的绝对空间观受到了挑战。
2 空间是相对的:在狭义相对论中,除了时间会发生变化之外,空间也具有相对性。其中一个重要的现象就是运动物体的长度会变短,这被称为尺缩效应。当一个高速运动的物体从我们身边经过时,它在运动方向上的长度会真实地发生压缩,而且速度越快,这种缩短的现象就越明显。这并不是一种视觉上的错觉,而是一种真实的物理现象。例如,在星际旅行中,如果一艘飞船能够加速到接近光速的速度飞行,那么根据尺缩效应,宇宙的空间在飞船运动的方向上将会被极大地压缩。原本遥远的星系之间的距离,在飞船上的人看来将会变得短很多。同时,结合狭义相对论中的时间膨胀效应,地球上的人看到飞船飞行的时间会很长,而飞船上的人却感觉飞行的时间并没有那么久。这两种效应看似矛盾,但实际上并不冲突,它们共同构成了狭义相对论中关于时空相对性的奇妙图景。
3 时间和空间是一体的:1907年,爱因斯坦的数学老师赫尔曼·闵可夫斯基提出了四维时空的概念,将一维的时间和三维的空间紧密地结合在一起,形成了闵氏时空。在闵氏时空中,一个物体的运动不再仅仅是在三维空间中的位移,而是由三维空间坐标(x,y,z)和时间t共同来描述。从几何的角度来看,闵氏时空为狭义相对论提供了一种全新的理解方式,它表明时空在本质上可能是一种四维的几何结构。这种将时间和空间视为一体的观念,为爱因斯坦后来提出广义相对论奠定了坚实的基础,并且深刻地改变了人们对宇宙时空的认识。此部分与时间相关内容中的对应部分相互呼应,共同阐述了时空一体的重要概念及其在物理学发展中的关键
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