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空間和時間的關(guān)系（廣義相對論）

發(fā)布時間：2023-03-05 19:08:32 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 129 問大家

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于空間和時間的關(guān)系的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

1、空間和時間有什么聯(lián)系？
2、空間與時間有什么關(guān)系
3、時間，空間的關(guān)系是什么
4、愛因斯坦相對論里的時間與空間的關(guān)系

空間和時間的關(guān)系（廣義相對論）

一、空間和時間有什么聯(lián)系？

準(zhǔn)確的說，時間并不存在，它只是空間的一種表現(xiàn)，它不能離開空間單獨(dú)存在。在一塊沒有任何物質(zhì)的純粹空間中，時間就沒有任何存在的價值，這時，時間就合并到空間中去了（別忘了，它是空間的一種表現(xiàn)），純粹空間中并不需要時間。當(dāng)在純粹空間中出現(xiàn)物質(zhì)時，時間就必須從空間中分離出來，以支持物質(zhì)的存在。時間就是這樣產(chǎn)生的，它是空間的一部分，它依賴于空間而存在。而時間又是物質(zhì)的表現(xiàn)，所以甚至可以認(rèn)為，你眼前的一切物質(zhì)都是時間，所以時間是物質(zhì)。這就是時間的本質(zhì)。

時間和空間聯(lián)系在一起，組成四維時空。時間、空間是互相聯(lián)系的。

二、空間與時間有什么關(guān)系

空間和時間是事物之間的一種次序?？臻g用以描述物體的位形；時間用以描述事件之間的先后順序?？臻g和時間的物理性質(zhì)主要通過它們與物體運(yùn)動的各種聯(lián)系而表現(xiàn)出來。

在物理學(xué)中，對空間和時間的認(rèn)識可以分為三個階段：經(jīng)典力學(xué)階段、狹義相對論階段及廣義相對論階段。

在經(jīng)典力學(xué)中，空間和時間的本性被認(rèn)為是與任何物體及運(yùn)動無關(guān)的，存在著絕對空間和絕對時間。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中說：“絕對空間，就其本性來說，與任何外在的情況無關(guān)。始終保持著相似和不變”“絕對的、純粹的數(shù)學(xué)的時間，就其本性來說均勻地流逝，而與任何外在的情況無關(guān)”。

另一方面，物體的運(yùn)動性質(zhì)和規(guī)律，卻與采用怎樣的空間和時間來度量它有著密切的關(guān)系。相對于絕對空間的靜止或運(yùn)動，才是絕對的靜止或運(yùn)動。只有以絕對空間作為度量運(yùn)動的參照系，或者以其他作絕對勻速運(yùn)動的物體為參照物，慣性定律才成立。即不受外力作用的物體，或者總保持靜止，或者總保持勻速運(yùn)動。這一類特殊的參照系，被稱為慣性參照系。

任何兩個不同的慣性參照系的空間和時間量之間滿足伽利略變換。在這種變換下，位置、速度是相對的，即相對于不同參照系其數(shù)值是不同的：長度、時間間隔是絕對的，即相對于不同參照系其數(shù)值是不變的，同時性也是絕對的。相對于某一慣性參照系同時發(fā)生的兩個事件，相對于其他的慣性參照系也必定是同時的。另外，牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下保持形式不變，這一點(diǎn)符合伽利略相對性原理的要求。

正是這個相對性原理，構(gòu)成了對牛頓的絕對空間概念的懷疑的起點(diǎn)。如果存在絕對空間，則物體相對于這個絕對空間的運(yùn)動就應(yīng)當(dāng)是可以測量的，這相當(dāng)于要求在某些運(yùn)動定律中含有絕對速度。然而，相對性原理要求物體的運(yùn)動規(guī)律中必定不含有絕對速度，亦即絕對速度在原則上是無法測定的。萊布尼茲、貝克萊、馬赫等先后都對絕對空間、時間觀念提出過有價值的異議，指出過，沒有證據(jù)能表明牛頓絕對空間的存在。

愛因斯坦推廣了上述的相對性原理，提出狹義相對論的相對性原理，即不但要求在不同慣性參照系中力學(xué)規(guī)律具有同樣形式，而且其他物理規(guī)律也應(yīng)如此。

在狹義相對論中，不同慣性系的空間和時間之間遵從洛倫茲變換。根據(jù)這種變換，同時性不再是絕對的，相對于某一參照系為同時發(fā)生的兩個事件，相對于另一參照系可能并不同時發(fā)生。在狹義相對論中，長度和時間間隔也變成相對量，運(yùn)動的尺相對于靜止的尺變短，運(yùn)動的鐘相對于靜止的鐘變慢，光速在狹義相對論中是絕對量，相對于任何慣性參照系光速都是c。

經(jīng)典力學(xué)和狹義相對論都認(rèn)為一個慣性參照系可以適用于整個宇宙，或至少一個大的范圍。相對于某一個慣性參照系，宇宙中任何范圍中的物體運(yùn)動都遵從慣性定律。

愛因斯坦在廣義相對論中指出，如果考慮到物體的萬有引力，一個慣性參照系只能適用于一個非常局部的范圍，不可能適用于大的范圍，或全宇宙。如果對于描寫一個局部范圍中的物體來說，某一參照系是慣性的那么對其他范圍中的物體運(yùn)動而言，它一般就不再是慣性的。

為了描寫在一個大范圍中的運(yùn)動，對不同局部范圍要用不同的慣性參照系。物體之間的引力的作用，就在于決定各個局部慣性系之間的聯(lián)系。

用幾何的語言來說，各個不同的局部范圍的慣性參照系之間的關(guān)系，可以通過時空曲率來規(guī)定。引力的作用就在于使空時變成彎曲的，而不再是經(jīng)典力學(xué)中的無限延伸的歐幾里得幾何的絕對空間，也不再是經(jīng)典力學(xué)中的無限延伸的閔可夫斯基空間。

總之，在廣義相對論中，時空的性質(zhì)不是與物體運(yùn)動無關(guān)的。一方面，物體運(yùn)動的性質(zhì)要決定于用怎樣的空間時間參照系來描寫它另一方面時空的性質(zhì)也決定于物體及其運(yùn)動本身。

量子論的發(fā)展，對時間概念提出了更根本的問題。量子論的結(jié)論之一就是：對于一個體系在過去可能存在于什么狀態(tài)的判斷結(jié)果，要決定于在現(xiàn)今的測量中做怎樣的選擇。所以，除非一個體系的過去狀態(tài)是已經(jīng)被記錄到了這種情況以外，不能認(rèn)為體系的歷史是獨(dú)立于現(xiàn)今的選擇，而存在于過去的時間中的。

這種現(xiàn)在與過去之間的相互關(guān)系，是與因果順序概念十分不同的，暗含于時間概念中的因果序列要求過去的存在應(yīng)是不依賴現(xiàn)在的。另外，量子論還表明，在10¯³³厘米、10¯³³秒這樣小的時空尺度中，描寫事件順序的“前”“后”概念將失去意義。

因此，用時間來描述事件發(fā)生的順序，可能并不總是合用的?？臻g與時間是事物之間的一種次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一種近似。

三、時間，空間的關(guān)系是什么

一般意義上講，時間是物質(zhì)存在的“持續(xù)”屬性，空間是物質(zhì)存在的“廣延”屬性。

他們都是物質(zhì)存在的屬性，它們的關(guān)系不是簡單的比例關(guān)系也不是簡單的轉(zhuǎn)換關(guān)系。他們之間的關(guān)聯(lián)是以物質(zhì)為媒介的，時間和空間都是相對的，對于不同的慣性系來說，時間和空間的尺度是不一樣的，他們都會因運(yùn)動和引力而發(fā)生改變，物質(zhì)引力和物質(zhì)運(yùn)動速度會使空間發(fā)生彎曲，會把時間壓縮，具體的計算過程是非常復(fù)雜的，如果有興趣可以研究一下廣義相對論和量子力學(xué)等學(xué)科，在不同的理論學(xué)說中，時間和空間被給與不同的定義含義。

一般老百姓理解的就是簡單的歐幾里德幾何式絕對空間和均勻流逝的古典時間概念。在這種傳統(tǒng)意義上的時空概念中，時間和空間都是均勻的、互不相關(guān)的。

四、愛因斯坦相對論里的時間與空間的關(guān)系

相對論認(rèn)為超光速可以讓時光倒流，因為空間是靜止的，有了時間維度之后我們周圍的一切才能動起來，而時空穿梭則需要找到兩個時空的臨界點(diǎn)。

“時間”內(nèi)涵是無盡永前；外延是各時刻順序或各有限時段長短的測量數(shù)值?！翱臻g”內(nèi)涵是無界永在，外延是各有限部份空間相對位置或大小的測量數(shù)值。

由于愛因斯坦定義的時間是通過光傳遞過來的遠(yuǎn)處的鐘示數(shù)，因此時間和光掛鉤，和光速、距離糾纏不清。這個時間是主觀時間，不是各參照系公用時間，不能用于以更高速度（或更低速度）校準(zhǔn)時間的條件下。

空間和時間的關(guān)系（廣義相對論）

擴(kuò)展資料：

由愛因斯坦創(chuàng)立，依其研究對象的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學(xué)的提出給物理學(xué)帶來了革命性的變化，它們共同奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“同時的相對性”、“四維時空”、“彎曲時空”等全新的概念。

不過近年來，人們對于物理理論的分類有了一種新的認(rèn)識——以其理論是否是決定論的來劃分經(jīng)典與非經(jīng)典的物理學(xué)，即“非經(jīng)典的=量子的”。在這個意義下，相對論仍然是一種經(jīng)典的理論。

相對論主要在兩個方面有用：一是高速運(yùn)動（與光速可比擬的高速），一是強(qiáng)引力場。

在醫(yī)院的放射治療部，多數(shù)設(shè)有一臺粒子加速器，產(chǎn)生高能粒子來制造同位素，作治療或造影之用。氟代脫氧葡萄糖的合成便是一個經(jīng)典例子。由于粒子運(yùn)動的速度相當(dāng)接近光速（0.9c-0.9999c），故粒子加速器的設(shè)計和使用必須考慮相對論效應(yīng)。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星上的原子鐘，對精確定位非常重要。這些時鐘同時受狹義相對論因高速運(yùn)動而導(dǎo)致的時間變慢（-7.2 μs/日），和廣義相對論因較（地面物件）承受著較弱的重力場而導(dǎo)致時間變快效應(yīng)（+45.9 μs/日）影響。相對論的凈效應(yīng)是那些時鐘較地面的時鐘運(yùn)行的為快。故此，這些衛(wèi)星的軟件需要計算和抵消一切的相對論效應(yīng)，確保定位準(zhǔn)確。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的算法本身便是基于光速不變原理的，若光速不變原理不成立，則全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)則需要更換為不同的算法方能精確定位。

過渡金屬如鉑的內(nèi)層電子，運(yùn)行速度極快，相對論效應(yīng)不可忽略。在設(shè)計或研究新型的催化劑時，便需要考慮相對論對電子軌態(tài)能級的影響。

同理，相對論亦可解釋鉛的6s惰性電子對效應(yīng)。這個效應(yīng)可以解釋為何某些化學(xué)電池有著較高的能量密度，為設(shè)計更輕巧的電池提供理論根據(jù)。相對論也可以解釋為何水銀在常溫下是液體，而其他金屬卻不是。

由廣義相對論推導(dǎo)出來的重力透鏡效應(yīng)，讓天文學(xué)家可以觀察到黑洞和不發(fā)射電磁波的暗物質(zhì)，和評估質(zhì)量在太空的分布狀況。

值得一提的是，原子彈的出現(xiàn)和著名的質(zhì)能關(guān)系式（E=mc2）關(guān)系不大，而愛因斯坦本人也肯定了這一點(diǎn)。質(zhì)能關(guān)系式只是解釋原子彈威力的數(shù)學(xué)工具而已，對實(shí)作原子彈意義不大。

參考資料：百度百科-愛因斯坦相對論

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