宇宙三要素定义简表的基本概念

宇宙三要素定义简表

基本概念

空间和时间是指事物之间的一种次序。空间用以描述物体的位形;时间用以描述事件之间的顺序。空间和时间的物理性质主要通过它们与物体运动的各种联系而表现出来。

在物理学中，对空间和时间的认识可以分为三个阶段:经典力学阶段、狭义相对论阶段及广义相对论阶段。

在经典力学中，空间和时间的本性被认为是与任何物体及运动无关的，存在着绝对空间和绝对时间。牛顿在《自然哲学的数学原理》中说:"绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况无关。始终保持着相似和不变。" ，"绝对的、纯粹的数学的时间，就其本性来说，均匀地流逝而与任何外在的情况无关"。另一方面，物体的运动性质和规律，却与采用怎样的空间和时间来度量它有着密切的关系。相对于绝对空间的静止或运动，才是绝对的静止或运动。只有以绝对空间作为度量运动的参考系，或者以其他作绝对匀速运动的物体为参考系，惯性定律才成立。即不受外力作用的物体，或者保持静止，或者保持匀速运动。这一类特殊的参考系，被称为惯性参考系(惯性系)。

任何两个不同的惯性系的空间和时间量之间满足伽利略变换。在这种变换下，位置、速度是相对的，即相对于不同参考系其数值是不同的:长度、时间间隔是绝对的，即相对于不同参考系其数值是不变的，同时性也是绝对的。相对于某一惯性系同时发生的两个事件，相对于其他的惯性系也必定是同时的。另外，牛顿力学规律在伽利略变换下保持形式不变，这一点符合伽利略相对性原理的要求。

正是这个相对性原理，构成了对牛顿的绝对空间概念的怀疑的起点。如果存在绝对空间，则物体相对于这个绝对空间的运动就应当是可以测量的。这相当于要求在某些运动定律中含有绝对速度。然而，相对性原理要求物体的运动规律中必定不含有绝对速度，亦即绝对速度在原则上是无法测定的。G.莱布尼兹、G.贝克莱、E.马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，指出没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。

爱因斯坦推广了上述的相对性原理，提出狭义相对论的相对性原理，即不但要求在不同惯性系中力学规律具有同样形式，而且其他物理规律也应如此。在狭义相对论中，不同惯性系的空间和时间之间遵从洛伦兹变换。根据这种变换，同时性不再是绝对的，相对于某一参考系为同时发生的两个事件，相对于另一参考系可能并不同时发生。在狭义相对论中，长度和时间间隔也变成相对量，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢，光速在狭义相对论中是绝对量，相对于任何惯性系光速都是C 。

空间和时间是共同描述质点运动的两个基本物理量，其国际单位制(SI)量纲分别为:长度 L(米)，符号m;时间 T(秒)，符号s。描述运动要准确指出质点在参考系(坐标系)中出现的时间和位置。物理学确立了质点在四维时空(一维时间+三维空间)中的变化规律。