理论教育 欧氏空间中加速参照系的时空性质|时空学概论

欧氏空间中加速参照系的时空性质|时空学概论

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于光速不变公理没有界定参照系的运动状态,因此该公理无论在欧氏空间的惯性参照系或加速参照系都成立。根据光速不变公理和“秒”“米”的定义,在欧氏空间的加速参照系中,时空性质与欧氏空间惯性参照系的时空性质完全相同,即与惯性参照系中的时间速率和空间密度都相同。欧氏空间时空是绝对时空,说明空间的时空性质与物体的运动无关。

欧氏空间中加速参照系的时空性质|时空学概论

我们知道,光速不变公理是在地球表面环境条件下得到的。地球表面既有自转,又有公转,还受到宇宙总质量作用产生的加速运动,地球表面就是一个加速参照系。并且,在宇宙中,所有物体都受到其他物体的作用力,因此宇宙中只存在相对的惯性运动,不存在绝对的惯性参照系。

由于光速不变公理没有界定参照系的运动状态,因此该公理无论在欧氏空间的惯性参照系或加速参照系都成立。根据光速不变公理和“秒”“米”的定义,在欧氏空间的加速参照系中,时空性质与欧氏空间惯性参照系的时空性质完全相同,即与惯性参照系中的时间速率和空间密度都相同。

上述结论还可以从以下几点进行佐证。

(1)根据前一节的推论:在引力场中处于失重状态物体所在的加速参照系,时空性质与欧氏空间相同,即其时间速率和空间密度与欧氏空间相同,同样可以说明命题正确。

(2)放射性元素的半衰期与温度、压力加速度等外部环境条件无关,并且目前尚未发现可以影响放射性元素半衰期的因素。利用放射性元素半衰期的性质,说明在加速参照系中时间速率和欧氏空间相同。(www.daowen.com)

(3)利用单摆周期公式,可以证明单摆周期与加速参照系中的加速度无关。在加速度为a的加速参照系中,由于惯性力与引力等效,其中单摆周期的表达式与惯性参照系中完全相同,都为(相当于惯性参照系中的重力加速度为a)。

加速参照系中单摆周期与惯性参照系相同,直接说明了在加速参照系中时间速率与惯性参照系相同。如果加速参照系中的惯性加速度a与惯性参照系中的重力加速度g不同,就好比在地球表面不同位置的重力加速度g不同一样,并不影响地球表面的时间速率。在实践中,常常用单摆周期公式测量不同地方的重力加速度,而且精度非常高。由此充分证明了时间速率与重力加速度无关,即时间速率与加速参照系中的加速度无关。也可以利用单摆公式直接证明该结论,这里从略。

同样的理由,可以证明加速参照系与欧氏空间的空间密度相同,因为单摆周期公式中包含了长度L这一物理量。在欧氏空间的加速参照系中,时间速率、空间密度与欧氏空间完全相同。此结论和第一章的“欧氏空间时空是绝对时空”结论自洽。

欧氏空间时空是绝对时空,说明空间的时空性质与物体的运动无关。这个结论有着非常重要的物理和哲学意义。

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