理论教育 物理学与时空的关系-时空学概论

物理学与时空的关系-时空学概论

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:欧氏空间的物理学命题在引力场空间和介质空间同样成立,欧氏空间的物理学与引力场空间和介质空间物理学具有相同的内容和内涵,即物理学与空间类型无关。前面已经分析说明,非欧空间与欧氏空间的不同仅一维、二维空间的内禀性不同,在三维空间的外延性完全相同。有的有圆、有平行线、有相似形,有的没有;与几何学相仿,在物理的三种空间中,不同的仅仅是物理现象的不同。例如,力学、电磁学、量子力学、热力学等都与空间类型无关。

物理学与时空的关系-时空学概论

上面的分析说明欧氏空间、引力场空间和介质空间的不同,仅仅是由空间中相应的,第五公设界定的“一维空间、二维空间的内禀性不同”,在本质上就是“空间的平直性不同”。不同空间的平直性由相应的第五公设定义,好比第五公设不同不会引起不同的平面几何之间的混乱和矛盾一样,不同空间的平直性内涵不同,同样不会引起不同空间之间的混乱和矛盾。在三维空间中,一、二维空间的内禀性不能表现出来,即三种空间的外延性完全相同。时空学的六条公理在引力场空间和介质空间成立,说明引力场空间和介质空间中的观察者同样认为引力场空间和介质空间同样是各向同性的,是平直的、绝对的。欧氏空间的物理学命题在引力场空间和介质空间同样成立,欧氏空间的物理学与引力场空间和介质空间物理学具有相同的内容和内涵,即物理学与空间类型无关。

另一方面,所有物理现象都是三维物理空间中的现象,物理学是研究物理现象的科学,是三维物理空间中的科学。前面已经分析说明,非欧空间与欧氏空间的不同仅一维、二维空间的内禀性不同,在三维空间的外延性完全相同。因此三维物理空间类型的不同对物理学的影响,比二维平面类型的不同对几何学的影响小得多。

三种几何的不同仅仅是平面空间中存在的图形有所不同。有的有圆、有平行线、有相似形,有的没有;与几何学相仿,在物理的三种空间中,不同的仅仅是物理现象的不同。有的空间中有声学现象、气象现象,有的空间没有这些现象。例如,力学、电磁学、量子力学热力学等都与空间类型无关。与空间有关的是,介质空间存在声学、气象学、特殊光学等,而欧氏空间、引力场空间没有这些现象。

还需要说明一点,在时空学中,对介质空间而言,没有必要求如(11-5)式一样与欧氏空间的光速比较大小的公式、如(11-6)式一样与欧氏空间的光线比较弯曲的公式。在实践上,对非欧空间,我们同样应该认为光速为c,光线是直线。对光的传播是“正折射”的介质空间同样如此。一句话,物理学与空间类型无关。

事实上,地球表面就是三种空间的复合体,但人类在几千年的实践中都将其当作欧氏空间处理的。

以上分析还从理论上说明,光速在不同类型空间中的表现差异,已经被几何学的第五公设以公理化的形式消除(平直化)了,这说明几何学的第五公设还有很重要的时空学意义和认识论(哲学)意义。(www.daowen.com)

第五公设是欧氏、罗氏、黎曼几何的分水岭,光速在空间中的不同表现是欧氏空间、引力场空间和介质空间的分水岭。物理学概念的光速在空间中的不同表现形态与几何中的第五公设对应,是三种第五公设各不相同的物理本质。根据光速在不同空间具有不同的形态可以理解这个本质。

(1)宇宙中不存在实体的直线,只有光在空间中的轨迹才能在观念上称作直线。在确定的空间中,不能用任何方法检测某一条光线的轨迹是否是欧氏几何意义上的直线。

(2)在非欧空间中不能认为光线是弯曲的。否则,在非欧空间中光线揭示的任何信息都是虚假的,这与非欧空间没有光线,一片漆黑没有区别。另一方面,如果承认在非欧空间中光线是弯曲的,则在非欧空间中不能测量任何一条光线的弯曲程度,因为非欧空间中不存在欧氏空间的标准光线。

(3)在非欧空间中的观察者认为任何一条光线都是直线,只是,这些直线构成的平面的性质与欧氏平面不同,其性质满足对应的第五公设。

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