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时间与空间的相对性---摘自物理教材
狭义相对论的两个基本假设 1，
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 2，
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 同时的相对性 作为相对论的两个假设的直接推论，现在讨论“同时”的相对性，以体会相对论描述的世界与我们日常经验有多大差别。 假设一列火车在沿平直轨道飞快的匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件。车上的观察者认为两个事件是同时的。在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时达到前后两壁。 车下的观测者则不以为然。他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁。他的解释是：地面也是个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但是闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长一些，到达前壁的时刻也就晚一些，这两个事件不同时。 在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中也是同时的，这一点似乎天经地义，无需讨论。但是如果接受了爱因斯坦的两个假设，我们自然会得出“同时是相对的”这样一个结论。为什么在日常生活中没有人觉察出这种相对性？原来，火车运动的速度远远小于光速，光从车厢中央传播到前后两壁的短暂时间内火车前进不了多大距离，因此地面观察者不会发现闪光到达前壁后壁的时间差。 。[fly]一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总是比杆静止时的长度小[/fly] [fly]时间间隔的相对性[/fly] 经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是相同的。例如，一个单摆从一端摆到另一端，守候在旁边进行实验的人测的所用的时间是1s。但是，在相对论物理学看来，两者测得的时间并不一样。 可以设想，飞船上有一只表，在航天员看来，表针走过一个小格所用时间为△Т，飞船与地面的相对速度是v，地面人认为表针走过一个小格所用时间为△t，比△Т大。 从地面上观察，飞船上的时间进程比地面慢。由于飞船在运动，船上的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了：时钟走的慢了，化学反应慢了，甚至人的动作，人的新陈代谢也变慢了……可是飞船上的人自己没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程比飞船上的慢，因为他们看到，地面正以同样的速度朝相反方向运动！ [fly]时空相对性的验证[/fly] 时至今日，不但狭义相对论的所有结论已经完全得到证实，而且它已成为微观粒子研究的基础之一。 时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关。原始宇宙线是来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，他与大气作用，又产生多种粒子，叫做次级宇宙线，次级宇宙线中有一种粒子叫做u子，寿命不长，生成之后很快就衰变为别的粒子。 原始宇宙线在高至几百千米，低至十几千米的高度都能与大气中的粒子作用产生u子，u子的速度，寿命各不相同，因此在不同的高度都能在宇宙线中观测到u子。根据牛顿力学和统计物理学可以算出u子的数量随高度变化的情况，但是实际观测到的u子的数量大于经典理论做出的预言。
1941年美国科学家罗西和霍尔做这项研究时在不同高度统计了宇宙线中u子的数量，结果与相对论预言完全一致。
相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的。当时在地面上将四只铯原子钟调整同步，然后把它们分别放在两架喷气式飞机上做环球飞行，一架向东飞，一架向西飞。两架飞机个绕地球飞行一周后回到地面，与留在地面上的铯原子钟进行比较。实验结果与相对论理论预言符合得很好。 [fly]相对论时空观[/fly] 经典物理学认为空间好像一个盒子，一个没有边界的盒子，它是物质运动的场所。至于某一时刻在某一空间区域是否有物质存在，物质在做什么样的运动，这些对于空间本身没有影响，就像盒子里是否装了东西对于盒子的性质没有影响一样。时间与此相似，它在一分一秒的流逝，与物质的运动无关。换句话说，空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的。 相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关。前面已经看到，在一个确定的参考系中观察运动物体的长度（空间距离）和它上面的物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。 我们生活在低速运动的世界里，因此自然而然地接受了经典的时空观，过去谁都未曾有意识的考虑过空间与时间的性质。只有当新的实验事实引出的结论与传统观念不一致时，人们才回过头来认真思考过去对于空间和时间的认识。科学的发展和人类对于自然的认识就是这样一步一步地前进的。新科学没有全盘否定经典物理学，经典物理学的结论受到了无数次时间的检验。虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用。 | 
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