8、时空的相对性与绝对性原理
时间和空间的相对性
根据前面的讨论
你并没有同时测量 M、N两点的坐标
我在同时测量M、 N两点的坐标
火车上的观察者认为，地 面观察者测得的杆长比自 己测得的数值小一些
长度的相对性
杆相对于车是静止的
与杆相对静止的人认为杆长是 与杆相对运动的人认为杆长是l
固有长度或本征长度
长度的相对性的理解
严格的数学推导还证
空间收缩效应是相对的。火
1971年，科学家将铯原子钟放在喷 气式飞机中作环球飞行，然后与地 面的基准钟对照。实验结果与理论 预言符合的很好。这是相对论的第 一次宏观验证。
时空相对性的实验验证
早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论。
美国科学家罗西和霍尔在不同高度统 计了宇宙线中μ子的数量，结果与相 对论预言完全一致。
车上的观察者认为： 车厢是惯性系，光向前、后传播的 速度相同。 光同时到达车厢的前后两壁
同时的区分性
一列火车在沿平直轨道上飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了
一个闪光。
站台上的观察者认为：
地面是一个惯性系，光向前后传播的
速度相同。
但在光的传播过程中，车厢向
前行进了一段距离
车厢上的人和地面上的人看 到车厢中间灯光到达前后车
明，在垂直于运动方
车里的人测量静止在地面上
向上，杆的长度没有
的沿运动方向而放置的刚性
变化
杆长度，也小于其静长。
与杆相对运动的人观察到的杆长l 总小于
与杆相对静止的人观察到的杆长
动尺变短（空
一条沿自身长度方向运动的杆，其长度
间收缩效应）
总比杆静止时的长度小
长度的相对性的理解
一观察者测得运动着的米尺长0.5m，问此尺以多大的速度接 近观察者？ 解： 由长度收缩公式：
时间与空间的相对性与绝对性
时间与空间的相对性与绝对性时间与空间是我们生活中无法回避的两个概念，它们对我们的生活产生着极大的影响。
然而，我们是否意识到时间与空间的本质和存在方式是多样且变幻无常的呢？相对性是时间与空间的显著特征之一。
我们常常说时间相对于人的感受而言，而在物理学的范畴中，时间相对于参照物的运动状态而言。
爱因斯坦的相对论正是对时间与空间的相对性做出了深入探究。
根据相对论的理论，时间和空间是相互关联的，它们的性质取决于观察者的运动状态。
这种相对性的存在使得我们的时间和空间感知产生了微妙的变化。
以时间为例，我们常常主观地感到时间过得很快或很慢。
当我们在忙碌愉快的时刻，时间仿佛在瞬间飞逝；而当我们经历无聊或痛苦的时刻，时间似乎变得无比缓慢。
这种主观感受体现了时间的相对性，它受到我们的情感和状态的影响。
然而，物理学告诉我们，时间的流逝速度也受到物体的运动状态和引力场的影响。
在强烈的引力场中，时间流逝更为缓慢。
这意味着，当我们接近黑洞或者在强引力场的星际飞船上旅行时，我们的时间感受将与地球上的时间产生明显的差异，从而体现出时间的相对性。
类似地，空间的相对性也是不可忽视的。
我们所处的空间环境会对我们的感知产生巨大的影响。
在不同的空间环境中，我们的感知会发生变化。
举个例子，当我们在一个狭小的空间中，我们会感觉压抑和局促；而当我们在广阔无垠的大自然环境中，我们的心情会变得开朗和轻松。
这种感知上的变化体现了空间的相对性。
物理学也证实了空间的相对性，根据相对论的理论，物体的长度也会随着运动状态的改变而变化。
当物体以接近光速的速度运动时，它的长度会缩短，这被称为洛伦兹收缩。
然而，尽管时间与空间存在着明显的相对性，绝对性也是它们的重要特征之一。
时间与空间的存在不依赖于我们的感知和观测，它们具有独立的实在性。
无论我们是否意识到时间的流逝或空间的存在，它们仍然持续不断地存在着。
时间和空间是宇宙的基本构成元素，它们贯穿着我们的生活和整个宇宙。
高中物理【拓展阅读】时间的相对性与绝对性
【拓展阅读】时间的相对性与绝对性一、时间的相对性时间、空间,是一个人们讨论了上千年的话题，因为时空关系实在是太复杂，所以到目前为止还没有哪一个人能够说清楚它们之间的关系。
现在让我们把问题简化一下，看看将会发生什么样的事情，看看将会得到一个什么样的结果。
让我们回到宇宙的最简单状态：假设宇宙中除了一个质点以外不存在其他任何物质。
我们知道，质点是一个具有质量而没有大小和形状的理想物体。
那么，对这个质点来讲，由于没有其它物质作为参考，它不能判断自己的位置，也不能判断自己的状态是运动的还是静止的，它没有办法判断时间，对它来讲时间是不存在的。
如果宇宙中有了两个质点以后是不是就有时间了，还是不一定，当两个质点保持相对静止时,还是没有时间。
只有当两个质点之间产生相对运动的时候才有时间，只有在这个时候，才能根据质点之间相对位置的变化判断出时间的存在；而当两个质点保持静止不动时就没有时间，因为只要它们不发生变化，就没有这一时刻和那一时刻的概念，时间就是停止的。
时间随物质相对运动的产生而产生，随物质相对运动的中止而停止。
同样的道理，即使宇宙中存在着无穷无尽的物质，只要物质之间没有产生相对运动就不会有时间存在,只有当物质之间产生了相对运动的时候宇宙中才有了时间。
时间不是物质，它只是物质运动的表现形式，它是由物质的空间运动产生的，没有运动就没有时间。
时间不随物质的存在而存在，只随物质运动的产生而产生，随物质运动的停止而终止,时间只能相对于物质的运动而存在，它不是绝对的.这就是时间的相对性。
运动是如何产生时间的呢？我们知道，运动是物质的运动，没有物质的运动是不存在的。
现代科学证明，机械运动是宇宙中最普遍的现象，它是其他一切运动形式的基础，宇宙中各种各样的物质运动包括物理的、化学的、生物的、社会的以及思维的等一切运动形式都包括机械运动.而机械运动就是物体之间或同一物体各部分之间发生的相对位置的变化,就是物质的空间位置的远近次序发生的变化，是一个物质空间位置由近及远连续不断改变的过程，这个过程在空间上是连续的没有间断的。
狭义相对论的三个时空观
狭义相对论的三个时空观
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种物理学理论，它涉及到了时间和空间的观念。
狭义相对论的三个时空观如下：
1. 相对性原理：狭义相对论的第一个时空观是相对性原理，它认为物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
换句话说，物理定律在不同的观察者之间是不变的，无论他们的运动状态如何。
这意味着没有一个特定的参考系是绝对的，而是都是相对的。
2. 光速不变原理：狭义相对论的第二个时空观是光速不变原理，它指出光速在真空中是恒定不变的，无论观察者自身的运动状态如何。
这意味着光在不同的参考系中传播的速度始终是相同的。
这个原理对于理解狭义相对论中的时间和空间的变化至关重要。
3. 时空的相对性：狭义相对论的第三个时空观是时空的相对性。
根据狭义相对论，时间和空间是相互关联的，构成了一个四维时空的连续体。
观察者的运动状态会导致时间和空间的相对变化，即时间的流逝速度和空间的长度会随着观察者的运动状态而发生变化。
这个时空观对于理解相对论中的时间膨胀和长度收缩等效应至关重要。
1、时空的相对性
4、时空的相对性科恩说：“科学史上时常碰到有些重大问题似乎得到了解决，但是都又以新的形式重新出现。
爱因斯坦说，这也许是物理学的一个特征，并且认为某些基本问题可能会永远纠缠着我们。
”19世纪末的爆发的第三次数学危机，导致了后起之秀——操作主义思潮在欧洲横行，对于物理学的直接作用就是物理量的可测量性问题。
如今人们已经明白，不能要求所有基本物理量都具有所谓的测量性。
但是基本定律所给出的物理量的解，原则上必须具有可测性。
放宽地讲，不要求基本原理本身的每一个物理量均具有可测量性。
个别物理量数学上能够满足伽利略的思想实验即可。
贝索说：“牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中说，时间是绝对的，空间也是绝对的。
绝对的意思就是和一切事物都没有关系。
既然空间、时间和任何事物都没有关系，你又怎么知道空间和时间存在呢？”Einstein在其《论运动物体的电动力学》一文中有这样的一个假设：“设有一个坐标系，在此系统中Newton力学方程有效。
为了更确切表达我们的思想，并和以后的其它系统在字面上有所区别，我们称这个系统为“静止系统”。
如果一个质点相对于这个坐标系是静止的，它的位置应可以用刚尺测量与欧几里德几何学的方法相对地来确定，并可用笛卡尔坐标来表示。
”爱因斯坦在1948年为《美国人民百科全书》所写的《相对性：相对论的本质》条目中所强调的“运动决不可能作为‘对于空间的运动’或者所谓‘绝对运动’而被观察到的，‘相对性原理’在其最广泛的意义上是包含在如下的陈述里：全部物理现象都具有这样的特征，即它们不为‘绝对运动’概念的引进提供任何根据；或者用比较简短的但不那么精确的话来说：没有绝对运动。
”在Einstein的思维中这纯粹是运动学的问题，为了讨论这个问题他假定了一个理想的刚杆测量系统和一个基于理想时钟的时间测量系统，他没有假定这两个测量系统会随着观测者的不同运动状态而有所改变。
经过对空间测量系统以及物体的运动对于空间测量系统的改变的分析发现正是此假设隐含着绝对空间的假设。
01-“绝对时空”和“相对时空”有各自的“相对性原理”(论文导读)-
19.9.4要求无特殊参考系的“相对性原理”与“相对时空”矛盾但以理(中国)物理研究院叶建敏温州（DANIEL ABRAHAM）325000“绝对时空”与“相对时空”有各自的“相对性原理”（论文导读）“相对性原理”看似符合物理实际，这与物理历史上的几次错误有关。
“相对性原理”不是“相对论”，但“相对论”的名称由来就是因为它含有“相对性原理”。
1）我们知道“绝对时空”里有“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，“相对时空”里同样有“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，所以2个时空里都有各自的“相对性原理”；而爱因斯坦所说的“相对性原理”到底是“绝对时空”、还是“相对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，这就要看“绝对时空”与“相对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”中的“规律的相同形式”是什么，即满足什么变换。
基于“伽利略相对性原理”的“伽利略变换”在“绝对时空”里自洽，“绝对时空”里“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”要满足“伽利略变换”，所以“伽利略相对性原理”就是“绝对时空”里的“相对性原理”，“伽利略变换”是其等价数学式。
那仅仅是把适用于“绝对时空”里（经典力学）的“伽利略相对性原理”人为扩大使用范围后，就说成是“相对时空”里的“狭义相对性原理”，错误就来了；更何况说“相对时空”里“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”是满足无特殊参考系的“爱因斯坦变换”，即无特殊参考系的“爱因斯坦变换”是“相对时空”里的“相对性原理”。
那错误就更大了，爱因斯坦都不想想1个时空里有“狭义相对性原理”与“爱因斯坦变换”这2个“物理规律在所有惯性系里都有相同的形式”能对吗？他连“爱因斯坦变换”是“闵时空”里的“物理规律在所有惯性系里都有相同的形式”都没有认识到，还一个劲地说“狭义相对性原理”是“闵时空”里的“运动规律在所有惯性系里都有相同的形式”。
所以，爱因斯坦的这个逻辑及数理错误使我们不得不重新思考他所说的那个“相对性原理”与“绝对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”有什么关系。
时间空间的相对性
空间和时间的绝对性和相对性
空间和时间既具有绝对性，又具有相对性，是绝对性和相对性的辩证统空间和时间的绝对性是指空间和时间的客观实在性。
空间和时间是运动着的物质存在的基本形式，在空间和时间之外不可能有任何物质的存在。
既然运动着的物质是不依赖于人的意识而客观存在着，是永恒的，无条件的，绝对的，那么，空间和时间也必然具有客观实在性，是永恒的，无条件的，绝对的。
空间和时间的相对性是指空间和时间的具体性、可变性。
空间的广延性是指运动着的物质的广延性，时间的顺序性、持续性是指运动着的物质的顺序性，持续性。
因此，空间和时间随着物质特性和运动状况的不同而不同，随着物质运动状况的变化而变化。
辩证唯物主义关于空间和时间是绝对性和相对性的辩证统一的原理已为科学的发展所证实。
爱因斯坦的相对论不仅证明了空间和时间的客观实在性，而且深刻揭示了空间和时间同物质运动的内在联系，揭示了物质运动的特性制约着空间和时间的特性。
辩证唯物主义关于空间
和时间相统一的原理，不仅驳斥了唯心主义时空观，而且也是对形而上学唯物主义时空观的有力批判。
唯心主义者利用人们时空观念改变的事实，宣称空间和时间只不过是人们意识的产物，时空的客观性已不复存在，唯物主义已被推翻。
形而上学唯物主义时空观虽然承认时空的客观性，但否认时空的可变性。
这两种时空观都是违背科学事实的。
总体的相对性从原则上说理应允许其局部的绝对性，否则这相对性就是虚妄的，是以相对性窃取绝对对性的地位。
马原的基本原理以及方法论意义总结--必须掌握的
一、马克思主义哲学原理总结（58个）（一）、唯物论（三观两原理一方法论）10个原理1、三观：物质观、意识观和实践观①物质观：●物质和运动的辩证关系原理（并列，相互依存）。
✓物质都是运动着的物质，运动是物质的根本属性和存在形式，脱离运动的物质是不存在的；✓运动都是物质的运动，物质是运动的主体和承担者，没有离开物质的运动。
✓脱离物质谈运动，是唯心主义的观点。
脱离运动谈物质，是形而上学的观点。
●运动和静止的辩证关系原理（并列，都有）。
✓运动是无条件的、永恒的、绝对的；静止总是有条件的、暂时的、相对的。
✓在相对静止的事物中包含绝对运动的一面；处于绝对运动中的事物都有相对静止的一面。
（动中有静，静中有动）✓只看到事物相对静止的一面而忽视绝对运动，会陷入形而上学。
只看到绝对运动而忽视相对静止，会陷入相对主义和贵辩论的泥潭。
✓相对静止是是衡量运动的尺度，是事物产生、存在和发展的前提条件，也是认识事物的前提和基础。
●运动的物质与时间、空间的辩证关系原理（并列，相互依存）。
✓物质运动离不开时间和空间，离开时间和空间的物质运动是无法存在的。
✓时间和空间离不开物质运动，离开物质运动的时间和空间是不存在的。
✓割裂时间空间和物质运动的关系，把时间空间看成是感觉的产物，必然陷入唯心主义。
把时间空间看作是独立存在的、凝固不变的东西，必然陷入形而上学。
●时空的绝对性和相对性的辩证关系原理（并列，相互依存）。
时间和空间作为运动着的物质的存在形式，既有绝对性，又有相对性。
✓时间和空间的绝对性时间和空间的绝对性是指它的客观性和普遍性。
时间和空间作为运动着的物质的存在形式，是不依赖于人的意识而存在的；任何物质都存在于时间和空间之中，无一例外。
这就表明，时间和空间的存在是无条件的，绝对的。
物质及其运动的绝对性决定了时间和空间的绝对性。
✓时间和空间的相对性时间和空间的相对性是指时间和空间的具体特性的条件性和可变性。
这主要表现在两个方面：首先，时间和空间的具体特性随着物质形态的不同而不同。
绝对时空观与相对时空观的辩证关系
绝对时空观与相对时空观的辩证关系作者：鞠昕彤来源：《科教导刊》2010年第32期摘要在古代,人们认为空间就是指具体地点,如山川海洋等;时间就是指具体时段,如白天夜晚等。
这种原始的时空观体现了时空与物质是紧密联系的,时空依存于物质的具体形态而存在,这是一种具体的时空观。
在近代,时空观则经历了牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观。
本文认为爱因斯坦的时空观并不是对牛顿时空观的全盘否定,而是对它的完善和发展。
牛顿表明了宏观时空的绝对性及其自身固有的内在特性,爱因斯坦则揭示了具体时空的相对性及其与物质联系的外在属性。
中图分类号:B01文献标识码:A哲学界普遍把牛顿的时空观称之为形而上学的绝对时空观,并予以批判和贬斥。
他的时空观是当时人们认识的最高成就,是人类实践经验的总结。
爱因斯坦的相对论时空观则被誉为是对牛顿时空观的否定与取代。
我认为这是不完整、不科学的,对牛顿和爱因斯坦的时空观应有新的关系分析。
牛顿绝对时空观建立在他的经典力学体系之上,体现了时空具有绝对性;爱因斯坦相对时空观建立在他的相对论理论体系之上,体现了时空具有相对性。
马克思主义认为,绝对性是无条件的,相对性是有条件的。
绝对中体现相对,相对中蕴含绝对。
绝对性与相对性应是辩证的对立统一关系。
1 牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观的对立性第一,在与物质的紧密联系方面,两种时空观是对立的。
绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念,彼此之间没有联系,分别具有绝对性。
牛顿认为, 绝对空间是“上帝的感官”或者是上帝自身:“上帝是无时不在和无所不在的。
正因为他无时不在和无所不在,他就成了时间和空间。
”①他把时空的绝对性“片面地、夸大地、过分地扩大为脱离了物质、脱离了自然、神化了的绝对。
”他的“理念的、真正的、数学的、消除了偏见之后的”绝对时空,只能寄托于上帝或上帝的感官,它是同经验世界根本隔绝的先验世界。
在爱因斯坦相对时空观中,爱因斯坦则抛弃了那种与物质脱离了联系的抽象时空,而把时空与物质和运动都密切联系在了一起,把时间和空间自身也密切联系起来了。
绝对性与相对性
问题一：<1>真理的绝对性有三层含义：一是就真理的客观性而言，任何真理都是对客观事物及其规律的正确认识，都包含不依赖于人的意识的客观内容，这是无条件的、绝对的。
因此，承认客观真理，也就必然承认绝对真题。
二是就人类认识的本性来说，完全可以正确认识无限发展的物质世界，每个真题的获得都是对无限发展的物质世界的接近，也是无条件、绝对的。
因此承认世界的可知性，也就必须承认绝对真理。
三是从真理的发展来说，无数相对真理的总和构成绝对真理。
因此，承认认识发展的无限性，也就必然承认绝对真理。
<2>真理的相对性是指人们在一定条件下的正确认识是有限度的，也有三层含义：一是从广度上说，它只是对客观世界的一定范围、方面的正确认识，有待于发展；二是从深度上说，它只是对特定事物的一定程度、层次的近似正确的认识，有待于深化；三是从进程上说，它是对事物的一定发展阶段的正确认识，有待发展。
真理是客观性、绝对性和相对性的统一，表明真理是具体的，而不是抽象的。
从内容上讲，真理是运动运动发展着的事物的多方面规定的统一，是多样性的统一；从形式上讲，真理是由一系列的概念、真理是有条件的。
任何真理都是在一定时间、地点和条件下主观与客观的符合，它要受条件的制约，并随条件的变化而变化；离开具体的时间、地点和条件，真理就是抽象地、无意义的。
故我们对待马克思主义也应做到坚持和发展真理，修正错误,不断完善马克思主义内涵。
正如我们新中国发展过来的毛泽东思想和中国特色社会主义理论正是对于马克思主义的发展，是对马克思主义具体的理解，正确的理解和发展。
举例：1空间和时间的绝对性是指空间和时间的客观实在性。
空间和时间是运动着的物质存在的基本形式，在空间和时间之外不可能有任何物质的存在。
既然运动着的物质是不依赖于人的意识而客观存在着，是永恒的，无条件的，绝对的，那么，空间和时间也必然具有客观实在性，是永恒的，无条件的，绝对的。
空间和时间的相对性是指空间和时间的具体性、可变性。
狭义相对论的三个时空观
狭义相对论的三个时空观
狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种新的时空观，它颠覆了牛顿力学的时空观，提出了三个新的时空观，分别是相对性原理、光速不变原理和等效原理。
相对性原理是狭义相对论的核心，它指出物理规律在所有惯性系中都是相同的。
也就是说，无论在哪个惯性系中观察，物理规律都是一样的。
这个原理的提出，打破了牛顿力学中绝对时空的观念，强调了时空的相对性。
光速不变原理是狭义相对论的另一个重要原理，它指出光速在任何惯性系中都是不变的。
也就是说，无论在哪个惯性系中观察，光速都是不变的。
这个原理的提出，引发了对时空的重新认识，强调了时空的相对性和不可分割性。
等效原理是狭义相对论的第三个重要原理，它指出惯性质量和引力质量是等效的。
也就是说，任何物体在重力场中的运动状态，都可以等效地看作在惯性系中匀速直线运动。
这个原理的提出，揭示了引力与惯性的本质联系，强调了物理规律的普适性和等效性。
总之，狭义相对论的三个时空观，相对性原理、光速不变原理和等效
原理，都是对时空的重新认识和理解，它们打破了牛顿力学中绝对时空的观念，强调了时空的相对性和不可分割性，揭示了物理规律的普适性和等效性。
这些时空观的提出，不仅推动了物理学的发展，也深刻影响了人们对世界的认识和理解。
相对论的诞生、时间和空间的相对性 课件
c
速度为 v,则 l、l0、v 的关系是:l=l0 1-( )2 。
3.时间间隔的相对性
(1)经典的时空观:某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们的时间
间隔总是相同的。
(2)相对论的时空观:某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,它们
的时间间隔是不同的。
设 Δτ 表示相对事件发生在静止的惯性系中观测的时间间隔,Δt 表
个事件发生地点连线飞行的人来说,哪个事件先发生?
答案:B 事件先发生
解析:可以设想,在事件 A 发生时 A 处发出一个闪光,事件 B 发生
时 B 处发出一个闪光。“两闪光相遇”作为一个事件,发生在线段 AB 的
中点,这在不同的参考系中看都是一样的。“相遇在中点”这个现象在以
地面为参考系中很容易解释:两个闪光传播的速度又一样,当然在线段
的。
(2)两个基本假设
狭义相对
性原理
光速不
变原理
在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
预习交流 1
伽利略相对性原理在电磁学领域遇到了什么困难?
答案:按照伽利略原理,光在不同的参考系中速度不同,其速度可以
等于 c,也可以大于或小于 c,关键看初始条件怎样,但根据麦克斯韦的电
解析:火箭上的人相对火箭永远是静止的,无论火箭速度是多少,火
箭上的人测得的火箭长与静止时测得的长均是 l'=30 m,而火箭下的观
v
c
察者看火箭时有相对速度 v,则他的测量要缩短,即 l<l',所以 l=l' 1-( )2 。
当 v=3×103m/s 时,l=30× 1-10-10 m。
c
相对论 爱因斯坦提出的关于时空和引力的基本理论
相对论爱因斯坦提出的关于时空和引力的基本理论相对论（英语：theory of relativity）是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。
相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。
不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。
在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。
狭义与广义相对论的分别传统上，在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期，人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。
随着相对论理论的发展，这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的，以这样一个相对的物理对象来划分物理理论，被认为不能反映问题的本质。
目前一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学。
用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。
狭义相对论爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中介绍了其狭义相对论。
狭义相对论建立在如下的两个基本公设上：•狭义相对性原理(狭义协变原理):所有惯性参考系的重量相等，即物理定律的形式在任何惯性参考系中都是一样的。
这意味着，对于一个仍在实验室中的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动的电子，物理定律是一样的。
•光速不变原理：真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的，这用几何语言可以表述为光子在时空中的世界线总是类光的。
也正是由于光子有这样的实验性质，在国际单位制中使用了“光在真空中1/299,792,458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”（米）。
时间和空间的相对性
二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 相对性原理与电磁规律发生矛盾
任何参照系中测得的光在真空的速 率都应该是一样的． 率都应该是一样的．
这一结论还特别为后来的很多精确的 实验所证实，最著名的是1887 1887年迈克尔 实验所证实，最著名的是1887年迈克尔 逊和莫雷所做的实验。 逊和莫雷所做的实验。它们都明确无误 地证明光速的测量结果与光源和测量者 的相对运动无关，亦即与参照系无关。 的相对运动无关，亦即与参照系无关。 可见光和电磁波的运动不服从伽利略 相对原理. 相对原理.
狭义相对论的结论已经完全得到证实， 狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一． 上它已经成为微观粒子研究的基础之一．
四、时空相对性的实验验证
根据相对论， 根据相对论，时间 在运动中会进行的比 较缓慢，也就是说， 较缓慢，也就是说， 在空间中高速移动的 时钟， 时钟，比固定于地面 上的时钟走得慢． 在不同的惯性参考系， 在不同的惯性参考系，一切物理规律都 是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是 相同的，光速与光源、 相同的，光速与光源、观察者间的相对运 动没有关系。 动没有关系。 就是在看来如此简单且最一般的两个假设的 基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论—— ——狭 基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭 义相对论
3对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 自然规律不仅包括力学规律， 学规律等其他所有的物理学规律； 学规律等其他所有的物理学规律； ②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动， 光源或观察者的运动，也不依赖于光的传 播方向 ③几十年来科学家采用各种先进的物理技术 测量光速，结果都不违背光速不变原理。 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
相对性原理、绝对时空观讲解
现在继续对伽利略速度变换式进行求导，得到(ax' = ax)，(ay' = ay)，(az' = az)，可以看出不管是S系还是S'系，加速度都是不变的，这就说明在两 个互相做匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律的形式是相同的，也就 是F = ma，F' = ma'；
但是这些实验都是以失败告终，直到后来爱因斯坦提出狭义相对论的基本 原理，才解决这个矛盾，本章先来看看经典力学的性对性原理与绝对时空 观。
假设有两个惯性系S和S'系，如图1所示，其中S'系以速度v沿S系的Ox轴向 右运动，坐标原点O为计时起点，在任意时刻t，点K在两坐标系中的位置 有如下关系，即[(x'= x-vt)，(y'= y)，(z'= z)]，这就是经典力学的伽利略 坐标变换公式，如果在S'系中一根木棒平行于Ox轴，在S'系中两端的坐标 为x1'，x2'；
因此，对于所有的惯性系，牛顿定律都具有相同的形式，这就是经典力学 的相对性原理。
需要注意的是这个原理只有在低速、宏观的范围内才与事实相符合；虽然 在当时看来，绝对时空观和经典力学的相对性原理没有问题，但随着科学 理论的不断完善，一些隐藏的问题就浮出水面，迫切需要新的理论做支点，
那就从下一章《迈克尔逊莫雷实验，以太幻想家们的美梦终结者》的否定 以太的实验开始。
《笼罩在经典力学上的两朵乌云相对性原理与绝对时空观》
在前面的电磁波章节中，我们知道麦克斯韦预言了电磁波的存在，并得出 了电磁波在空间中传播速度等于光速，且是一个与参考系无关的常量，但 是这个结论却遇到了一个不小的挑战，
空间与时间的相对性与绝对性
空间与时间的相对性与绝对性众所周知，爱因斯坦在经典物理学的基础上提出了相对论，并将空间与时间作为一个整体，统一为时空。
相对性理论的提出对人们的思维方式和对世界的认知方式产生了巨大影响。
然而，空间与时间的相对性与绝对性的辩论始终存在着争议。
首先，让我们来看看空间的相对性。
根据相对论的说法，空间的度量并不是固定不变的，在不同的参考系里，物体的空间尺度可能会有所改变。
这一观点被证实后，人们开始重新审视了对立体几何和欧几里得空间的认知。
在传统几何学中，我们认为直线具有独立于它们所存在的空间之上的存在。
然而，相对性理论告诉我们，直线的性质既取决于包含它的空间，也取决于观察者所处的参考系。
这种空间的相对性使得我们对世界的认知发生了根本性的变化，也让我们开始思考空间的本质是什么。
另一方面，时间的相对性也是相对论中一个重要的内容。
爱因斯坦的相对论告诉我们，时间并不是一个普通的流逝过程，而是与空间一样可以受到观察者的相对运动的影响。
即使两个事件在一个参考系中是同时发生的，在另一个相对运动的参考系中，这两个事件的时间顺序可能会发生颠倒。
这种对时间的相对性的理解，使我们在研究物理现象时，更加注重观察者的参考系变换对时间的影响，从而更加全面地把握事物发展的过程。
虽然相对论对于空间与时间的相对性提供了一种新的认知方式，但是与此同时，绝对性的观念在某些情况下仍然具有重要意义。
在宏观尺度下，我们常常采用牛顿力学的观点，将空间视为一个无限延展的、维持不变的背景，时间也是一种不可逆流逝的继续性。
这种绝对性的观念在很大程度上简化了科学的研究，并使得我们能够建立起稳定而实用的物理学模型。
在日常生活中，我们也更习惯于使用绝对性的观念来描述和度量空间与时间。
然而，在微观尺度下，当我们站在相对论的视角来观察时，随着质量的增大、速度的接近光速，空间与时间的相对性越发凸显。
例如，当物体的速度接近光速时，时间会发生相对论性的膨胀，导致物体的运动速度相对于观察者来说变慢。
4-1 牛顿力学的绝对时空观和相对性原理
S
y
z z t t
z z t t
r
o
o
v
S
P
r
x
x
第4章 狭义相对论基础 伽利略变换式中 t = t ，表示在所有惯性系中 时间是相同的 ， 即时间与参考系的运动状态无关 ， 时间是绝对的。 在所有惯性系中时间间隔也是相同的，t = t , 即在伽利略变换下时间间隔是绝对的。 伽利略变换中还有一个不变量，即任意确定时刻， 空间两点间的长度对所有惯性系是不变的。 在同一时刻，空间两点间的长度在两个惯性系中为
x u x y y z z
第4章 狭义相对论基础 将（4-1-5a）式对时间求导数，就得到经典力学中 的加速度变换法则为
大普物理学 刘成林等编
a x ax a y ay az az
其矢量形式为：
a a
大普物理学 刘成林等编
狭义相对论涉及力学、电磁学、原子和原子核物理 学以及粒子物理学等乃至整个物理学的领域，导致了 物理学发展史上的一次深刻的变革。
第4章 狭义相对论基础
大普物理学 刘成林等编
1 牛顿力学的绝对时空观 牛顿认为“绝对的真实的数学时间，就其本质而言 ，是永远均匀地流着，与任何外界事物无关。”“ 绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的， 它从不运动，而且永远不变。”上述关于时间和空 间的两个假设构成了经典力学的绝对时空观。 按照这种观点，时间和空间是彼此独立、互不相关 且独立于物质运动之外的某种东西。 2 伽利略变换 伽利略相对性原理 对于经典力学规律，所有惯性系都是等价的，也 就是说经典力学的基本方程式在所有惯性系中都具 有相同的数学形式。
第4章 狭义相对论基础 3 经典力学的相对性原理
相对性原理
相对性原理相对性原理是现代物理学中的一个重要理论，由爱因斯坦在1905年提出。
它是相对论的基础，是描述时间、空间和引力的基本规律。
相对性原理的提出彻底改变了人们对时间和空间的观念，对整个物理学领域产生了深远的影响。
首先，相对性原理包括两个方面，一是狭义相对性原理，二是广义相对性原理。
狭义相对性原理指出，在匀速直线运动的参考系中，物理定律的形式是相同的。
也就是说，无论在哪个匀速直线运动的参考系中，光的速度都是不变的。
这一原理颠覆了牛顿力学的绝对时空观念，揭示了时间和空间的相对性。
广义相对性原理则是在引力场中的物理定律与自由下落系的物理定律相同，即质量和能量决定了时空的弯曲。
这一原理解释了引力的本质，揭示了时空的弯曲和物质的互相作用。
其次，相对性原理对于人类认识宇宙和探索宇宙的影响是深远的。
它揭示了时间和空间的相对性，颠覆了牛顿力学的绝对时空观念，引领人类进入了一个全新的物理学时代。
在相对论的框架下，人们开始探索宇宙中更深层次的规律，例如黑洞、宇宙膨胀等现象。
相对性原理的提出，推动了人类对宇宙的认识和理解不断深入，也为现代天体物理学和宇宙学的发展提供了坚实的理论基础。
最后，相对性原理的重要性不仅在于其对物理学的影响，更在于它对人类思维方式的影响。
相对性原理揭示了时间和空间的相对性，使人们开始思考相对性的普遍性，不仅仅局限于物理学领域。
人类社会的发展也是相对的，不同文化、不同历史背景下的人们对于价值观念、道德观念的认识也是相对的。
相对性原理的提出，启示人们要以开放的心态去接纳不同的观点、不同的文化，以相对性的思维方式去看待世界。
总之，相对性原理是现代物理学中的重要理论，它揭示了时间和空间的相对性，推动了人类对宇宙的认识和理解不断深入，也影响了人类的思维方式。
相对性原理的提出，标志着人类对于自然规律认识的深入，也为人类社会的发展提供了新的思维方式。
相对性原理的重要性不断凸显，它将继续引领着人类对于宇宙和人类自身的探索。
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8、时空的相对性与绝对性原理
问题导引：牛顿的绝对时间和空间与爱因斯坦的相对时间和空间之间存在什么关系？
以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。
─狄拉克
在时间观念上，作为现代物理学两大支柱的相对论和量子力学一直存在着抵触。
量子力学在绝对意义上使用时间的概念，而相对论认为这是不允许的。
正如狄拉克所说：“这里我们就碰到了巨大困难的开头。
……这个抵触是最近四十年来物理学的主要问题。
”【3】按照Einstein的想法，不能说相对论提供了详尽的世界图景，它只是提供了这幅图景所应当服从的某些要求，而且没有指明空间与时间的本质及区别。
因此相对论本身并不是一个理论，而是对物理学理论的一个要求，空间与时间应当是绝对性与相对性的统一。
相对空间、相对时间、相对space-time是绝对空间、绝对时间、绝对space-time的表现形式【1】。
绝对space-time由相对space-time组成，无穷个相对space-time组成绝对space-time，在研究两个物体的相互作用时，可以把第三个物体激发的相对space-time作为绝对space-time（此时绝对空间并不均匀，绝对时间流速也不均匀）。
这一点类似于地理学中的高度都是相对的，但是若以海平面为基准，则可以成为绝对高度。
地方时是相对的，但是倘若规定一个标准，则可以认为是绝对的，例如中国的北京时间。
根据这一观点可知广义相对论的正确，例如不是物质存在于空间、时间中，而是物质具有空间和时间的广延性，当一个物体消失时，它所激发的相对space-time消失，但是绝对space-time依然存在。
因此绝对时空有宇宙中所有的场——相对时空组成，真空是绝对space-time，Newton的绝对space-time观有其正确性的一面，因此Einstein认为场论未能成功地提供整个物理学的基础。
Einstein的相对space-time观与Newton 的绝对space-time观分别看到了问题的一个方面，有一定的局限性，因此应正确理解space-time 的绝对性与相对性的辩证关系。
广义相对论中的以太其实就是绝对时空，一个物体在宇宙中其它物体激发的相对时空的总和——绝对时空中总是沿着短程线在运动。
在宇宙的展现过程中，相对空间与绝对空间各司其职，两者对事物的作用以绝对空间为主，以相对空间为辅，尤其在低速世界中是这样。
因为物质对space-time结构的影响极其微弱，只有在具有大引力质量的天体的周围才能找到。
弯曲space-time中的space-time 流形坐标的意义，是长期困扰相对论理论的最基本的问题之一。
如果区分两类space-time 坐标，一类不能与直接测量相联系，纯属数学描述引入的space-time坐标，另一类能与直
接测量相联系的space-time坐标。
【2】笔者认为前者应当是绝对space-time坐标，后者应当为相对space-time坐标。
一般认为：相对论时空观已经否定了绝对时空观。
其实，它们是二种不同性质的时空观，具有一定的互补性：前者弥补了后者在定量上的不足；而只有在后者的基础上才能说明前者的物理机制。
绝对时空观认为，时间和长度的标准都是不变的，可以用一个标准，去统一地衡量整个世界，这为时空关系的相互比对提供了一个统一的平台。
不过，在现实中，总是用实物工具，如时钟、尺、某种波长的光等，来衡量时间和长度，而这些实物工具都会随着环境（温度、速度、引力势等等）的不同而变化，不存在绝对不变的衡量时间和长度的工具。
因此，在绝对时空观与测量数据之间总会存在着一定的差异，它是由现实的时空标准的可变性造成的。
目前，最精确的时间和长度的标准是根据光来定义的，在这里，认定光速不变，这与相对论一致。
可见相对论是一种以光作为时空测量工具的定量理论，它认为时空本身是会变化的。
但是，站在绝对时空观的立场上来看，这种变化不是时空本身的变化，而只是衡量工具，即现实的时空标准的变化——狭义相对论反映了时空标准随运动速度的变化；广义相对论反映了时空标准随引力势的变化。
因此，情况看来是这样的：二种时空观之间的关系，不是一个否定另一个，而是具有互补性。
以光在引力场里的传播来说，雷达回波延迟实验已经证明：光在引力场里的速度变慢了。
不过，这是用地球上的时空标准来统一地观察整个太阳引力场中的光速的结果，是站在绝对时空观的立场上来说的；如果站在相对论的立场上，由于引力场里的时空标准是不一致的，若用每一点现实的时间和长度的标准去衡量经过该点的光速，光速仍将处处相同【4】。
爱因斯坦讲过：“因为运动是相对的，任何参考系都可以用，似乎没有什么理由认为一个坐标系会比另外一个好些。
……于是，在科学早期的托勒密和哥白尼的观点之间的激烈斗争，也就变成毫无意义了。
我们应用任何一个坐标系都一样。
‘太阳静止，地球在运动’或‘太阳在运动，地球静止。
’这两句话便只是对两个不同坐标系的两种不同习惯的说法而已。
我们是否能够建立起一种在所有的坐标系中都有效的名副其实的相对论物理学呢？或者说，能否建立只有相对运动而没有绝对运动的一种物理学呢？事实上，这是可能的。
”绝对时空观是一种科学的抽象，它为所有事物提供了统一的时空平台，从这个角度看来，它是比相对论时空观更基本的时空观。
空间和时间的绝对性是指空间和时间的客观实在性。
空间和时间是运动着的物质存在的基本形式，在空间和时间之外不可能有任何物质的存在。
既然运动着的物质是不依赖于人的意识而客观存在着，是永恒的，无条件的，绝对的，那么，空间和时间也必然具有客
观实在性，是永恒的，无条件的，绝对的。
空间和时间的相对性是指空间和时间的具体性、可变性。
空间的广延性是指运动着的物质的广延性，时间的顺序性、持续性是指运动着的物质的顺序性，持续性。
因此，空间和时间随着物质特性和运动状况的不同而不同，随着物质运动状况的变化而变化。
辩证唯物主义关于空间和时间是绝对性和相对性的辩证统一的原理已为科学的发展所证实。
爱因斯坦的相对论不仅证明了空间和时间的客观实在性，而且深刻揭示了空间和时间同物质运动的内在联系，揭示了物质运动的特性制约着空间和时间的特性。
从静止惯性系观测运动惯性系时，静止惯性系与运动惯性系的固有时（绝对时间）同时，即固有时是恒定不变的【5】。
这一点类似于数学中同一条曲线，由于建立的坐标系不同得到的曲线方程也不同。
根据量子力学的测不准关系，标准space-time永远测不到，与测量仪器（产生相对space-time）有关。
Planck讲：“在相对之物背后寻找绝对之物，我们甚至可以完全肯定地认为：我们简直不可能把握住绝对的东西，倒可以说绝对的东西构成一个理想的图标，它总在我们面前而不能达到。
”
参考文献：
【1】王存臻、严春友著.《宇宙全息统一论》山东人民出版社 1995年版
【2】Einstein 著方在庆韩文博何维国译.《Einstein晚年文集》海南出版社2000年3月第1版
【3】狄拉克．《现代物理学参考资料》第3集[C]．科学出版社,1978．38
【4】H.C.瓦尼安，R.鲁菲尼，引力与时空，科学出版社，北京，2006，pp150-153
【5】［日］浅野四郎浅野诚一著师华译.《狭义相对论的新图示法——space-time圆图法——》高等教育出版社 1992年版。