爱因斯坦四维时空理论的本质

爱因斯坦四维时空理论的本质
作者：杨升山 （YANG Shengshan）
简介：爱因斯坦的相对论用四维时空连续区来解释自然界的运动，我认为他的四维时空理论是把物体运动的光信号当成了物体本身，是思维方法发生了错误。
关键词|：相对论 时空观 光速 四维时空
正文：
物理学的发展是我们接触到了速度较高的运动，我们借以认识自然的媒介---光线--给我们出些难题，由于它的速度是有限的，他就给我们提供了错误的信息，我们怎样处理这些信息，造成了物理学的危机。爱因斯坦用四维时空理论解释了这些运动，那么四维时空理论的本质是什么？
我认为，物体用三维就可以表示了，物体的光信号（包括自身发射的光与反射的光）用哪种方法表示，就会用到第四维了，为了区别几何体的三维，把时间为作为虚数维。这就是爱因斯坦的四维时空连续区的表达式表达的内容。光信号在运动方向上是可以叠放的，所以会有长度上的视觉收缩（爱因斯坦说得运动学形状）。
说光速c是一个普适常数，是爱因斯坦的言论，光速是速度的一种，与其他物体的速度并没有本质的不同，速度是怎样定义的？光速为什么会不变？看看爱因斯坦的说法就很有意思。
看看来自爱因斯坦文集中文版第二集154页.
[这些钟可以这样来校准，使得真空中任何光线的传播速度—――用这些钟来量度—――
总是等于一个普适常数c。]

　物体在坐标系中的行程，是√(Δx^2+Δy^2+Δz^2)，光信号的行程是cΔt
从这个式子√(Δx^2+Δy^2+Δz^2)=cΔt 就可以看出
说明就是把物体的光信号的行程等于物体运动的行程了。
爱因斯坦为什么会觉得光速不变，实际是个错觉。现在说得光速不进行变化，是我们的感觉，原因就是我们的眼睛只能接受一定能量的光子，超过或低于这个界限，我们就感觉不到了。而物体发射出的光子能量有很大的范围，也可以说，我们感知的光线可能就是经过多普勒频移后的光线。
对于相对论的讨论，讨论的中心还是时空观上的分歧。任何物质都可以有他们的生物钟，我们测量他的运动速度时，是不用去考虑它的生物钟状况的，我们只能用我们手中的尺与钟。?
这个情况在对敌人的飞行器的测量中体现得很清楚，我们如果发现了敌人的飞行器，就会对他进行测量，敌人的飞行器上如果感到有人对他们测量就会运用反测量的措施，常见的就是敌人的飞机在空中撒布金属材料，让我们的雷达员无法从雷达回波中发现他们。?
有矛就会有盾，根据多普勒原理，人们制造

了动目标显示雷达，用于区分静止的目标与运动着的目标。现在不是经常可以看到有隐身飞机的消息么？敌人总是要隐藏他们的行踪的。?
所以这里的测量，不可能要求敌人向我们提供它们的时空信息，我们只能依靠自己。要敌人提供他们的时空信息，无异于向虎谋皮，是行不通的。?
相对论与牛顿力学是站在不同的立场上来解释问题的。
如科普著作《物理世界奇遇记》中说：“究竟是我们骑得快，还是街道变得短，这又有什么不同吗？我需要跑过十个交叉路口才能到达邮局，如果蹬得快一点，街道也就会变得短一些，而我们也就到得早一些。瞧，我们事实上已经到了。”实际上，这种说法就是要求能够解释过去就行了，至于是不是科学的解释，那是用不着去关心的。在自然科学的新发现冲击物理学经典理论的浪涛中，许多科学家满足于能够解释自然现象，“狭义相对论”的产生正好迎合了这种思潮。

相对论的确能解释大多数运动问题,但是是没有办法操作的.我没有办法操作就要找出能进行操作的理论来。
参考文献：
1.《爱因斯坦文集》中文版一，二，三卷
2. 《物理世界奇遇记》
就可见爱因斯坦的想法了 ，他就没有把速度定为不变，它是用改变时间与长度基准的方法去让速度不变的。
运动系与静止系是不是应该有一个统一的比较基准？这才是问题的关键。
把光线走向当成直线，而说时空是弯曲的，就是歪曲事实的说法。人在河边走，鱼在水中同向游，有人拿个鱼叉照着看到的方向去叉鱼，结果没有叉到鱼，把鱼吓跑了。不说光线在这里发生了折射，而说空间这时发生了弯曲，也是一种解释，不过谁会相信这种解释？
他是用改变时间长度的方法让光速保持为常数的，为此他让不在同一参照系中的物体有不同的时空基准，因为用这种方法可以解释大多数运动现象，因而受到了欢迎 。
物体运动与光速有什么关系？一点关系也没有，有光线时他在运动，没有光线时他也在运动，光线可能会影响这个物体的运动，对于大质量的物体，这种影响可以忽略不计。相对论把物体的运动与光线联系在一起，是因为我们观测物体的运动依靠这光线，它反映的时物体运动的光信号的传递规律。

在前一篇约会的例子中，如前所述，必须同时约定会面的地点和时刻。
但是，即使约定了会面的时刻，
倘若【张三】和【李四】两人的【时间流】快慢不一致，那结果又会如何？
按理说，在这种情况，两人就难确保能够如约相会。

19

世纪末以前的物理学家都坚信“不可能有这样的事情”
英国物理学家艾萨克·牛顿（1642－1727）认为，“空间和时间都是绝对的，对于任何人，
空间标度和时间标度都是相同的”。
空间和时间不可能由于观测立场不同而有差别。在当时，这是物理学的基本常识。

然而，到了1905年，出现了一种革命性的理论，推翻了这种常识。
这就是出生在德国的物理学家阿尔贝特·爱因斯坦（1879－1955）所提出的“狭义相对论”。

爱因斯坦认真思考了光的传播特性，结果提出，“任何人所看见的光的速度都是一定的，不会变化”。
这样，爱因斯坦经抛弃了牛顿的“空间和时间是绝对的”观念，
而大胆假定“在我们这个宇宙，只有光束是绝对的”。

按照这个假定进行推理，爱因斯坦最后得到一个惊人的结论：
“空间和时间会由于观测立场不同而伸长或收缩”。这就是狭义相对论。
这个理论预言，时间确实能够如像前面两人约会例子中设想的那样，
可以对于不同的观察者有所不同。

按照狭义相对论，时间发生伸长或收缩时，空间必定也要发生伸长或收缩。
换句话说，空间和时间具有不可分割的关系。
爱因斯坦经这样把宇宙所具有的三维空间和一维时间视为一个整体，
并称之为“四维时空”。
这里的“时空”译自英语“space-time”，是空间和时间的统称。

将空间和时间整合在一起，爱因斯坦提出“四维时空”


爱因斯坦在发表了狭义相对论以后，对自己的这个理论仍不满意。
这是因为，狭义相对论还无法处理牛顿所说的万有引力。

爱因斯坦继续研究，设法将狭义相对论推广使之也能够处理引力。
他最后所建立的理论不仅可以处理引力，而且还说明了引力的来源。

这就是爱因斯坦在1915年和第二年所完成的“广义相对论”。
广义相对论是用“四维时空的弯曲”（三维空间弯曲和时间变慢）来说明引力的作用。
比如说，关于牛顿的传说中“苹果掉落”这件事，广义相对论是以如下方式解释的。

“由于地球的存在，其周围的四维时空发生了弯曲。位于地球周围的苹果于是经沿着时空的弯曲部分像溜下斜坡那样向地球移动”。

那么，“四维时空弯曲”是什么意思呢？
在前面曾说过，直线和曲线都是一维的。还谈到，平面和曲面都是二维的。
那么不难理解，三维空间或四维时空也应该有“平直的”和“弯曲的”两种不同情况，
尽管想象弯曲的三维时空或四维时空比较困难。
四维时空的弯曲是引力的本质。

地球表面是一个二维球面。
但是，相对于我们人来说，地球是太大了，因此我们的感觉，地面

就像是一个平面。
同样的道理，四维时空虽然是弯曲的，但是相对说来，这种弯曲程度是太小了，我们难以实际察觉到这种弯曲。

没有什么引力，有的只是“四维时空的弯曲”



小结

利用“时空图”表示四维时空
用来表示四维时空的图解叫做“时空图”
在时空图上，三维空间被改画成许多二维平面，而时间轴就画在与这些用二维来表现的空间相垂直的方向。
“时间矢”的方向则是从下指向上。也就是说，规定时间从下（过去）向上（将来）流动来画出时间轴的指向。
在时空图上表现地球的公转运动，地球经应该是沿着螺旋线向上（将来）爬升。

这种“用二维面来代替三维空间的表现方法”也可以用来形象表示四维和四维以上的世界。

闵可夫斯基时空图上的四维时空
在狭义相对论中只有“光速”是绝对的。
德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基（1864－1909）以光速为绝对标准
设计出另一种表示四维时空的时空图，被称为闵可夫斯基时空图。

在闵可夫斯基时空图上，
设定时间轴上每一个刻度代表一年，
而其空间轴上的每一个刻度代表一光年（光经过一年所行进的距离），
于是光的行进轨迹在图上就是一个倾角为45°的圆锥。这个圆锥叫做“光锥”。
由于任何一种运动都不可能超过光速，“影响到现在的过去的一切事件”和
“现在将影响到将来的一切事件”全部位于此光圆锥的内部。


什么是狭义相对论？
从接近光速进行的飞船外部观察的情形。
位于飞船中央的光源在某个时刻向周围发出光信号。
从外部看，光信号先到达飞船的后端，要迟一会儿才到达前端。
但是，光速度对于任何人都是不变的（光速不变原理），
对于飞船内部的观测者，A和B应该同时，
“两方观测者的观测结果都是正确的”，这就是狭义相对论。
由此得到结论：飞船内部的时间标准和空间标准同飞船外部是不相同的。


“广义相对论”对引力作用的说明
按照爱因斯坦的广义相对论，在具有质量的物体周围，时空发生了弯曲。
两个具有质量的物体因时空弯曲而移动靠近，这就是引力。


天体质量越大，周围时空的弯曲也越厉害
具有质量的天体，周围的四维时空发生弯曲。
而且，天体的质量越大（严格说来应该是密度越大），周围时空的弯曲也越厉害。
大质量的恒星在其寿命即将结束前会发生收缩，变成密度无限大的“天体”，
使周围的时空发生极度弯曲。这就是黑洞。
那里的时空弯曲得太厉害，以至于连光也无法脱离引力的束缚而逃出。

弯曲空间的几何学
按照欧几里德《几何原本》建立起来的几何学

只适用于平直空间，而不适用于弯曲空间。
适用于弯曲空间的几何学是“非欧几里德几何学”。