强推成功人士最爱的《物理学思想概论》，值得一读再读！(3)

什么是时间和空间?在哲学家看来,时间和空间是物质存在的两种基本形式:时间是物质运动持续性和顺序性的表现,空间是物质存在广延性和伸张性的表现。实际上我们在平时日常生活中无时无刻不在与时空打交道。例如,明明只有一件事物或一个现象,但是,人们却很频繁地使用什么“世界”来形容。例如,一个以向广大公民普及科学知识为目的,并将持续进行一段时间的大型科技节的广告词中就可能会出现“这个活动将为公民创建一个‘科技世界’”的字样。把“世界”两个字分开来看,“世”就是指时间,“界”就是指空间。因此,“世界”就意味着“时空”。
在运动学中,中学物理与大学物理的一个很大的区别是,中学物理只停留于在可以直接感觉到的空间坐标系中来描述物体的实际运动,即使画出路程‐时间图线和速度‐时间图线也仅仅是为了形象地表示运动和解题计算上的需要。大学物理是在不能直接感觉到的时空图上描述物体的时空运动,学习大学物理运动学的要求就是使学生从单纯读图的学习上升到理解如何对物理概念建立数学描述的方法,进而在物理上从学习经典物理的时空观开始到以后理解近代物理学的时空观。
设物体沿x轴随时间作一维直线运动,在空间坐标系中,物体实际运动的轨迹是用一维的直线图像来表示的,但这样的一维直线运动在s‐t时空图和v‐t时空图上则表现为二维的图像(见图1.1)。例如,一维匀速直线运动的s‐t二维时空图是具有确定斜率的直线(见图1.1(a)),一维匀速直线运动的v‐t二维时空图是平行于x轴的直线(见图1.1(b)),一维匀加速直线运动的s‐t二维时空图是抛物线,一维匀加速直线运动的v‐t二维时空图是具有确定斜率的直线(初速度不为零的匀加速运动见图1.1(c),初速度为零的匀加速运动见图1.1(d))。这样的直线和抛物线显然不是物体实际运动的轨迹,也不代表物体运动的实际速度的方向。类似地分析得出,当一个物体作二维运动(平面运动)时,在s‐t图和v‐t图上的时空图就是三维的图像。
如果一架飞机在高空中作特技飞行表演(空间运动),并不时上下翻滚,那么这样的空间三维运动的时空图显然就是四维的图像。因此,时空的思想及其图像并不是从爱因斯坦相对论中才开始出现的,也不是高深的、抽象的概念,而是与我们身边宏观物体的运动过程密切相连的。人们在生产生活中时时要与时间打交道,处处要在空间论长短,讨论任何物体的运动都离不开发生在何处空间和何时发生的两大问题。但是,一般情况下,人们凭直觉对时空的观念“熟视无睹”。虽然有时在日常生活中人们会随口说出“某某空间不够大”或“完成某事时间太紧迫”之类的话,这只能看做一种直觉的、朴素的“时空观”而已,这种时空认识与牛顿提出的经典绝对时空观是有区别的。