時空 | 時間空間宇宙
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此條目需要精通或熟悉相關主題的編者參與及協助編輯。請邀請適合的人士改善本條目。更多的細節與詳情請參見討論頁。此條目需要更新。 (2019年8月1日)請更新本文以反映近況和新增內容。完成修改時,請移除本模板。時空(時間-空間,時間和空間,英語:spacetime)是一種基本概念,分別屬於物理學、天文學、空間物理學和哲學。並且也是這幾個學科最重要的最基本的概念之一。
空間在力學和物理學上,是描述物體以及其運動的位置、形狀和方向等抽象概念;而時間則是描述運動之持續性,事件發生之順序等。時空的特性,主要就是通過物體,其運動以及與其他物體的交互作用之間的各種關係之匯總。[1]
時間和空間是人類文明最為古老的概念之一。可追溯至遠古時期,人類的耕作、放牧等日常勞動都需要測量土地、順天時,這就產生了最基礎的時空概念以及度量方法。古代就有「上下四方謂之宇,往古來今謂之宙」的說法。這裡的「宇宙」也就是時空的理念。這也就是誕生了最原始的一維時間和三維空間,並發展同宇宙產生聯繫。[2][3]
近代科學,無處不涉及時空的概念和測量方法,特別是文藝復興以來,古典力學、物理學和天文學在對時空的認知上基本可以分為兩條不同但相交的線索:
其一,以牛頓和馬克士威的重要理論——古典力學和古典電磁學為代表的時間-空間概念,經歷愛因斯坦的狹義、廣義相對論,再到現代宇宙論。 其二,從牛頓力學經過量子理論、量子力學以及量子場理論,再到量子重力、超弦或M理論。但物理學對於時空的認識還存在不少基本問題尚待解決,還需要進一步完善和發展。[1][4]
牛頓的絕對時空概念[編輯] 絕對時空[編輯]利用歐幾里得幾何,測量出長方體的長、寬和高,便能算出其體積。也即是選擇一個可以忽略大小的靜止的參照物,只要得知需要計算物體與其的上下、左右和前後距離,就可以利用歐幾里得幾何計算出。
在描述運動上,需要得知瞬時的速度、加速度和所處位置,這就抽象出一維時間和三維空間的坐標系概念。所以要描述物體的運動,就需要選擇一個可供參考的坐標系,為此,艾薩克·牛頓就創造出四維絕對時空的概念,絕對時間均勻流逝,絕對空間符合三維歐幾里得幾何。絕對時空的本性與任何具體物體以及運動狀態無關。選擇相對於絕對空間的靜止或勻速直線運動為參照所得出坐標,就...