陈方培 什么是时空流形, 牛顿理论肯定信号速度可以大到无限大，即没有限制。相对论则认为信号速度有个最高的限制

什么是时空流形？（1）
什么是时空流形？（1）
（时空流形与狭义相对论（一））
大家都知道，爱因斯坦在建立狭义相对论之初，是依赖于两条基本假设，
即1、光速不变原理，2、狭义相对性原理。由于：1、狭义相对性原理要用到
惯性参照系，2、光速不变原理之中，也包含有，“在两个彼此相互运动的惯
性参照系中，光速恒相同”的看法，3、在狭义相对论中，有许多特性与所
选用的惯性参照系有关，如‘尺缩’、‘钟慢’现象等等；因之有一些人误认
为，狭义相对论的一些结论来源于选用了惯性参照系，并以为“狭义相对论
中的一些特性和结论只不过是位于某惯性系中的观察者之‘视觉效应’，而
不是客观规律的表现”。我认为这些看法是不正确的，为了说明狭义相对论
中的一些特性和结论并不是观察者之‘视觉效应’，而的的确确是客观规律
的表现，本博打算把‘时空流形与狭义相对论’作为一个专题来科普性地
介绍一下，内容分为几节，第一节讲讲什么是时空流形？也要分几次讲解。
任何物理现象总可以被描述为发生在某一空间范围之中和某一时间区
间之内。一个所占空间范围极小的物理客体（质点或场元）在一段短促时
间之内所经历的物理变化，被称为事件；任何物理现象都是由许许多多事
件所组成的。我们认为，每一事件所占据的空间范围小到可视为一几何点，
每一事件所处的时间区间也小到可视为一瞬刻；故一事件的空间位置可




物理知识告诉我们，任何复杂的物理过程总可以被分解为许许多多的、并且一个接着一个在连续不断进行变化的事件；以至可以把宇宙中全部物理过程看成是由无限多的事件所组合而成的一个集合体。我们将把这个集合体称为时空流形，它是实际时空的物理和数学抽象。
‘流形’之意是‘流动的形体’，这意味着时空将随着物理现象变化而变化。我们常把事件的时-空位置称为时-空点，我们假定，在任意两个时空点之间，总可以找到另一些时-空点，这就是说，时空流形是个连续体。我们还假定，时空点之间的数学关系可以进行足够次数的微分运算，这样就可以充分运用数学方法来研究时空流形。数学计算的结果再与实验观测相互比较，可不断对时空流形的模型加以改进。
对时空流形还可加上度规和联络的结构，这留在下面讲解。


本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=354141
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本文标签： 时空流形; 质点; 场元; 事件; 时-空坐标; 时-空点
相关文章： 什么是时空流形？（3）---度规 的物理根源
什么是时空流形？（2）---时空流形上两点间距离决定于度规




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[4] 标题：
发表评论人：jmluo0922 [2010-8-19 1:14:25]
“牛顿理论肯定信号速度可以大到无限大，即没有限制。相对论则认为信号速度有个最高的限制”
牛顿的的三维空间与时间是相互独立，物理事件在这个框架中进行描述。光信号本生就是一种物理事件，其传播速度等性质需要这个框架进行描述，物理事件由自身的发展规律进行，空间和时间用于描述，而对于事件不会产生干预。因此不会对光的传播或其它事件进行限制。
“可是科学史告诉我们，正是由於牛顿的时空理论出现问题，才出现了狭义相对论”
由于迈克尔逊实验否认了“以太漂移”假说，狭义相对论及其时空变换才被主流所接受。我个人认为迈克尔逊实验的分析结果并不正确，不能给“真空光速不变原理”以支持。因此牛顿的时空观念是否需要被否定，我们应持审慎态度。
“近代科技的发展是在进入20世纪，相对论和量子理论建立之后，而量子理论的进一步发展又得力于与狭义相对论结合而成量子场论。不能完全抹杀狭义相对论对科技促进的作用”
我是学物理，现从事工程方面的教学和科研工作，从工程技术方面来讲，经典科学理论是目前工程技术基础，包括运载火箭、载人飞行器等高技术密集的领域。也就是我们仍然再吃“牛肉”。

[3] 标题：
发表评论人：jmluo0922 [2010-8-18 18:55:16]
"牛顿理论是初级时空理论，狭义相对论对时空的理解比牛顿理论要深入一些"，我不赞同，这个评价。以牛顿的自然哲学为基础的经典理论科学成果，促进了人类技术和文明进步，为人类进入工业时代和电子时代奠定了坚实基础；

相对论100多年来为人类文明进步而作出了什么贡献呢？除了永无休止的争论？

一个理论的意义关键在于自身的正确性，而不是复杂性，正确的理论往往是简明的，因为自然事物服从的科学逻辑和因果关系本身就如此。

期待您的后续观点。
博主回复：1、牛顿理论肯定信号速度可以大到无限大，即没有限制。相对论则认为信号速度有个最高的限制。从逻辑上看，对信号速度只有两种选择，或者有限制，或者没有限制。如果信号速度没有限制，相对论就不正确，牛顿的时空理论就永远不用再发展了。可是科学史告诉我们，正是由於牛顿的时空理论出现问题，才出现了狭义相对论。自然界生物的进化和人类文化的发展告诉我们，事物总是从初级阶段发展到高级阶段，我是在这个意义上来说牛顿理论是初级时空理论。毫无贬低牛顿理论之意，这正如我们不能贬低自己的祖先一样，虽然我们也说，祖先时代的科技不如现代。2、近代科技的发展是在进入20世纪，相对论和量子理论建立之后，而量子理论的进一步发展又得力于与狭义相对论结合而成量子场论。不能完全抹杀狭义相对论对科技促进的作用。

[2] 标题：
发表评论人：jmluo0922 [2010-8-18 15:58:29]
陈老先生对相对论的执着精神，令人敬佩。晚辈认为一个科学理论是否值得大家的推崇，首先应考察其对相应物理现象的描述是否准确，基本概念、原理（假设或定理）是否完善。相对论最重要的成果是之一，就是基于“光速不变原理”而获得的新时空，讨论由这些成果产生的推论，必须建立在相对论的基石牢不可破的前提条件下。

晚辈通过分析相关实验及其结果，认为：
1、“真空中的光速不变”不能被迈克尔逊—莫雷实验证实，即该原理是否成立需进一步研究；
2、即使光速不变原理成立，运动物体的长度的测量结果也不会与其运动速度和光速相关。

讨论相对论及相关推论是否正确，首先应解决这两个问题。

晚辈认为爱因斯坦的理论很有可能是一种错误。
博主回复：我的看法是：1，牛顿理论是初级时空理论，狭义相对论对时空的理解比牛顿理论要深入一些，但也没有完全反映时空的本质，广义相对论和有挠引力理论对时空的理解又都要比狭义相对论更深入一些，也都不能说完全反映了时空的本质；对时空和引力研究的路程还很长，当然不能说狭义相对论是绝对正确的；2、应把爱因斯坦对狭义相对论的表述与狭义相对论的实质区分开，我写时空流形与狭义相对论就是为了这个目的，例如狭义相对论也可能容许超光速存在，只要信号传播有个最大的且超光的速度。3、本博文《时空流形与狭义相对论》只是说明和讨论时空流形与狭义相对论的关系，虽然指出了否定狭义相对论一些看法站不住脚，但也没有肯定狭义相对论绝对正确；4，所提两个问题，以后博文都要讨论。