本页使用了标题或全文手工转换

絕對時空

维基百科,自由的百科全书
(重定向自絕對同時
跳转至: 导航搜索

絕對時空英语:Absolute time and space)是牛顿自然哲学的数学原理的一个概念。

起源[编辑]

絕對時空這個概念源自於牛頓,牛頓認為絕對時空給予牛頓力學一個理論的基礎,用以描述物體在空間中的運動。牛頓認為絕對空間和絕對時間是各自「獨立」存在的物理量。

內容[编辑]

絕對時間(Absolute time)是不會隨著任何外部的作用或觀察者改變。相對時間(Relative time)則是會隨著外部作用或觀察者而改變,可以透過量測物體的運動的絕對時間差來決定。

根據上述的概念,可以發現絕對時間其實是不可測量的且感受不到的,牛頓認為絕對時間只能由數學的形式表達,而人類也只能透過物體的移動來觀察時間的消逝。

舉一個例子來說明,如果有一個人要測量100公尺短跑,那麼我們可以自由的選擇當此人在起點的時刻為0秒,但此時絕對時間為多少我們不得而知,然後以碼表測量此人在通過終點經過的時間,便知道此人衝刺100公尺所需要的時間。此過程中,我們一概不知起始的和終止的絕對時間,我們只有測量絕對時間差。

絕對空間(Absolute space)是不會隨任何外部的作用或觀察者改變。相對空間(Relative space)則是會隨外部作用或觀察者而改變,它本身具有可以改變的維度,通常我們會用物體的位置來直接描述。

舉例來說,一個物體做簡諧運動,我們就可以分類成一維的簡諧運動,二維的簡諧運動,甚至更高維度的簡諧運動。事實上無論物體是在進行多少維的簡諧運動,都是在同一個絕對空間中發生,我們(觀察者)只是選取足夠的自由度去描述這個物體而已。

另外,絕對運動(Absolute motion)指的是物體在絕對空間的運動。相對運動(Relative motion)指的是物體在相對空間中的運動。

這些關於絕對時空的規範隱含絕對時空不會受到物體現象的影響,而是所有物理現象的發生時的背景。因此,所有物體都有一個對應於絕對時空的絕對狀態,這樣可以知道所有物體不是絕對的靜止,就是具有絕對速度。牛頓提出經驗上的例子來支持他的說法,2個球體中間用一條繩子連接並開始旋轉,我們可以透過測量繩子的張力發現2個球體正在繞著他們的共同質心(絕對空間)旋轉(絕對旋轉英语Absolute Rotation)。

不同的觀點[编辑]

歷史上,也有其他物理學家對於牛頓提出的絕對時空抱持不同意見。萊布尼茲認為空間只有在有參考點的時候才有意義,時間只有在有物體運動的時候才有意義。喬治·貝克萊猜測,在沒有參考點的情況下,不能說一個球體在旋轉,或是2個用繩子連接的球體相對它們的共同質心在旋轉,至多說是其中一個球體相對另外一個球體旋轉。[1]

伽利略變換給出在不同慣性坐標系之間的變換關係,這代表絕對時空的說法其實是不必要,因為我們只需要選定一個慣性坐標系,便可知道在其他慣性坐標系的結果,而且沒有一個慣性坐標系可以被獨立出來[2][3]

另外,恩斯特·馬赫提出馬赫原理,當中的內容提到,在沒有參考點的情況下,討論物體的慣性是沒有意義的,也再次說明絕對時空是不必要的概念。馬赫原理隨後在愛因斯坦關於廣義相對論的論文中被強調且命名。

愛因斯坦和相對論[编辑]

光锥
事件A, B, C發生的順序會依據觀察者的速度而改變,圖中白色的線代表同一時刻。

時間和空間一直被認為是2個獨立的物理量,直到狹義相對論被提出,狹義相對論賦予時空新的概念,其中相對同時的出現否定了絕對時間的存在,因為事件發生的時間跟觀察者的速度還有事件發生的位置有關係。[4]

廣義相對論更進一步用測地線的概念建立時間和空間的關係。此時,時間和空間的關係變得更為具體。

總結[编辑]

牛頓絕對時空的概念,因為「絕對」的物理量本身不可測量,加上「相對」物理量,雖然隨著觀察者改變,但是不同觀測結果之間存在直接的變換關係,而變得不必要。

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ Huggett, Nick and Hoefer, Carl. Edward N. Zalta, 编. Absolute and Relational Theories of Space and Motion - The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University. 2015-01-22. 
  2. ^ DiSalle, Robert. Edward N. Zalta, 编. Space and Time: Inertial Frames - The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University. 2009-11-04. 
  3. ^ Thornton, Stephen T.; Marion, Jerry B. Classical Dynamics of Particles and Systems. Cengage Learning India. : 672. ISBN 8131518477. 
  4. ^ Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Principles of Physics, 10th Edition International Student Version. Wiley. : 1320. ISBN 978-1-118-23074-9.