时空观与物理观念之衔接

的 第 一 定 律 选 择 一 个 理 想 的 参 照 系 ， 使 想 属 实 也无 法 检 验 。 此 牛顿 还 是 为绝 对 空 并 为 第 二 定 律 也 在 其 中成 立 。 人 在 研 究牛 顿 间 的存 在提 出 了 一 个 间 接 的然 而 是 有 力 的 后 识 和 观 念 的 学 习 内 容 少 而 且 滞 后 。 际 的 的运 动 定 律 时 ， 现 在 他 的 理 论 中有 一 个 判 据 ， 就 是 物 体 作 加 速 运 动 时 所 受 的 力 ， 实 发 那
理 论 前 沿
时 空 观 与物 理 观 念 之 衔 接 ①
刘 克 杰 林 海 （ 头师范 学 院物 理科 学 与技 术学 院 内蒙古 包头 包 ０１ ３ ０） ４０ 摘 要： 本文从经典 力学 相对 论 力学两个不 同的物理观 念 出发 ， 对牛顿 的鲍对 时空观和 相对论 时 空观 进行 了阐述 ， 步加深对时 空观物 逐 理 性 质 的理 解 和 认 识 ， 而 完 成从 经 典 力 学 到 相 对 论 力 学 时 空 观 的 顺 利 过 渡 。 从 关键 词 ： 物理观念 时空观 衔接 中图分 类号 ： ３ ７ Ｇ６ ． ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： ７ —９ ９ （ ０ ） ５ ａ一０ ３ ０ １ ３ ７ ５ ２ １ ０ （） １ － ３ ６ ２ ０
证 明上 述 论 断 ， 顿 提 出 了 著 名 的 水 桶 实 牛
步加 深对时空观物 理性质的 理解和认识 。
验 ： 一 盛 水 的 桶 由静 止 开 始 旋 转 ， 初 虽 使 最 人们 把 牛 顿 运 动 定 律 可 以 适 用 的 参 照 然 桶 壁 已在旋 转 ， 桶 内的 水 仍 然 静 止 ， 但 这 系 叫 惯 性 系 ， 能 适 用 的 参 照 系 叫 非 惯 性 时 虽然 桶壁 与 水 之 间存 在 相对 转 动 ， 水 面 不 但
长 期 以 来 ， 学 物 理 及 大 学 物 理 基 础 中 课 教 学 的 主 要 内 容 ， 重 于 经 典 物 理 学 知 侧
识 和 相 对 论 观 念 的 教 学 ， 及 现 代 物 理 知 涉
它 当 作 物 体 运 动 的场 所 ， 重 要 的 是 给 他 分 绝 对 静止 和 匀 速直 线 运动 ， 更 既使 牛 顿 的 猜
下 面 我 们 分 别 从 经 典 力 学 、 对 论 力 因 此 ， 顿 运 动 定 律 不 是 在 所 有 参 照 系 中 相 牛 学 两 个 不 同 的 物 理 观 念 出 发 ， 牛 顿 的 绝 都 能 成 立 的 。 对 对 时 空 观 和 相 对 论 时 空 观 进 行 了阐 述 ， 逐
靠 观 察 和 实 验 ， 任 何 观 察 与 实 验 都 只 有 起 来 ， 始 了 “ 正 的 ” 周运 动 ， 而 开 真 圆 由于 受 到 定 的 精 确 度 ， 得 的 结 论 也 只 是 在 相 应 离 心 力 的作 用 ， 面 就 由平 面 变 成 了 凹 面 。 所 水 的精 度 内 成 立 。 如 ， 确 的 实 验 表 明 ， 例 精 只 因此 ， 据 实 验 中是 否 存 在 离 心 力 ， 以 判 根 可
系 。 断 一 个 参 照 系是 不 是惯 性 系 ， 判 只能 依
仍然 保 持 水平 状 态 ， 来 水逐 渐 被桶 壁 带 动 后
１ 牛 顿 的 绝 对 时 空观
１ １ 牛顿 对绝 对 时空 的表述 ．
ｌ 世 纪 ， 顿 总 结 了 机 械 运 动 的 三 个 ７ 牛 基 本 定 律 和 万 有 引 力 定 律 ， 立 了 经 典 力 建
代 物 理 知 识 和 观 念 ， 图动 摇 学 生 头 脑 中 企 什 么参 照 系 无 关 ， 而 “ 动 的 改 变 ” 加 对 运 动 则不 需 要 有 力 作用 于 这 物 体 上 也 能 然 运 或 的经典观念。 于是 就 产 生 这 样 的效 果 ， 多数 速 度 的 量 值 却 与 参 照 系 有 关 。 样 ， 这 力学 定 发 生 或 者 有 所 改 变 ” 还进 一 步 指 出 “ 绝 他 把 学 生 从 经 典 物 理 观 念 出 发 ， 到 难 于 理 解 律 就 有 一 种 不 确 定 性 ， 就 有 可 能 使 同一 对 运动 和 相 对运 动 区 别开 来 的一 些 效应 ， 感 这 是 现代物理观念 ， 造成 学 习 时 衔 接 的 困 难 。 个力在 不同参 照系中 产生不 同的加速度 。 圆周 运 动 中 出 现 的 那 离 开转 轴 的 力 ” 为 了 ，
情 况 是 ， 生 在 用 很 长 的时 间 （ 高 中物 理 明显 的 弱 点 ， 是 在 他 的 定 律 中谈 到 的 “ 学 初 就 静 他 认 为 这可 以 用 来 区分 “ 真正 的 ” 即相 对于 （ 五 年 ， 学 物 理 基 础 课 两 年 ） 习 经 典 物 理 止 ” “ 速 直 线 运 动 ” “ 动 的 改 变 ” ， 绝 对 空 间 的 ） 动 和 仅 仅 是 表 观 的 相 对 运 大 学 、匀 和 运 时 运 知 识 和 经 典 物 理 观 念 ， 它 们 在 学 生 头 脑 并 没 有 指 明是 对 什 么 参 照 系 而 言 的 。 牛 动 ， 为 “ 有 当力 作用 于运 动 物 体之 上 对 ， 使 在 因 只 中深 深 扎 根 ， 后 试 图用 很 少 时 间 介 绍 现 顿 力 学 中 ， 是 物 体 间的 相 互 作 用 ， 然 力 与选 取 真 正 的运 动 才能 发 生 或者 有 所 改变 ， 但是 相
一
有 研 究 在 较 短 的 时 间 内 进 行 的 力 学 过 程 别水 发 生 的 是 “ 正 的 ” 周 运 动 不 是表 观 真 圆 学 体 系 。 部 经 典 力学 的 出发 点 是 “ 性 ” 时 ， 可 以 把 地 球 看 成 近 似 程 度 相 当 好 的 的相 对 转 动 。 全 惯 才 和 “ 性 运 动 ” “ 性 运 动 ” 指 物 体 在 不 惯 性 系 惯 。惯 是 Βιβλιοθήκη Baidu但 如 果 考 察 的 力 学 过 程 时 间较 长 ， 第 一 个 向 绝 对 时 空 观 念 发 起 挑 战 的 是 受 外 力 时 或 者 绝 对 静 止 ， 者 做 匀 速 直 线 或 者 空 间范 围 较 大 ， 不 能 把 地 球 视 为 较 奥 地 利 哲 学 家 和 物 理 学 家 马 赫 ， ８ 年 出 或 就 １ ３ ８