读姚斌的《论时空与运动》

“为了确定一个物体的位置和描述它的运动，要选择另外的物体作为标准，这个被选作参考标准的物体叫做参照物，也称参考系。选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察的结果可能会有所不同。”说得很正确。而为了正确地描述物体的运动，参考系的选取就不可能是完全任意的。有些人正是不认识、不注意这一点，才发生错误的描述，扭曲了物体的客观运动状态。例如，以地球为参照系，描述月亮的运动，是基本能符合客观的（还要计及地球自身的自转）。但用来描述太阳的运动，就扭曲了太阳的客观运动状态。

“坐标系其实是一个比较描述的基准。”正确！正因为如此，这个基准就要选正确才行。

1.“时空坐标，本身是个坐标，它标志的是时空中的一个事件的位置，本身是绝不会动的。所谓‘时空点’，用物理的话来说就是‘事件’。”“时空坐标”不仅标志事件的位置，还表征着它的时间，否则只能算空间坐标，不能算时空坐标！坐标系的不动是相对的，不是绝对的。例如，我们以地球做描述地球上物体运动的坐标系，认作地球不动，这是相对的。事实上地球既有自转还有公转。在时空坐标系中，一个事件对应于一组时空点的集合。任何一个事件都是一个过程，其对应的某一个时空点，只是对应于该事件的某一时刻的某一特定状态。

2.“时空点绝不是物体，也不代表着物体。物体随着时间流逝，它的空间位置不断变化。但是它在每一个时刻，都有一个唯一的空间位置。它的每一个时刻和当时它的空间位置，可以看作是一个事件‘某时刻某位置存在着这个物体’，对应着时空图上的一个点，时空点。”先生的这一论述就与我在上面说的一致了。“所谓时空图，就是一切物体在任何时刻能够存在的空间位置的总体，也就是‘一切事件的总体。’”应该说某个时空图，就是某个物体在某段时间内存在的空间位置的总体，也就是该事件在某一时间段内运动变化过程的整体。我们不可能在一个时空图内表述一切事件，也不可能在一个时空图内描述一个事件无限长时间段内的运动变化过程的整体。只可能表征其有限时间段内运动变化的过程。

“时空图是静态的，但隐含动态观点，得以动态观点去看静态的时空图，由此可以看出，空间本身就存在时间流逝。”这一思维及表述非常地正确。

3.“等时刻线时间均匀流逝，任何一个点的时刻就是整条线（或空间坐标系）的时刻。等时刻线有距离（或长度）概念，不等时刻线本身是没有距离（或长度）概念。”这里实际上含有一个前提条件：光速是单一的、恒定的，否则不可能保证时间的均匀性。对于先生的图2，时刻为t0的等时刻线应该是图中的dx ，而先生标出的应该是与时间增量dt相关的光程线，所以不等时刻线ds= dx + iCdt 。而dx和Cdt都具有长度及距离的意义，从而ds具有时空间距的意义。

4.“等时刻线上各点相对静止，是比较描述的基准，不等时刻线的长度（距离）是通过等时刻线的长度（距离）来比较描述。运动是绝对的，运动速度是相对的，静止只是相对运动速度为0，时空本就一体。”除了“不等时刻线的长度（距离）是通过等时刻线的长度（距离）来比较描述。”这句外，其余论述都正确。不等时刻线的长度（距离）是通过等时刻线的长度（距离）和光程线间的关联来描述的。

5.“不等时刻线是物体运动的轨迹线，在等时刻线上只体现为一个‘点’，一个‘点’的运动。”这一论述不对！仅在直线运动时，不等时刻线才是物体运动的轨迹线，否则仅是运动始点与t时刻所在时空点的连线而已。

6.“x轴就是‘等时刻线’，如果把x轴换成‘面’，则为‘等时刻面’，如果换成立体，则为‘等时刻空间’，即：x(t)y(t) z(t)为等时刻空间（空间坐标系）。空间坐标系本身也有时间流逝。”这一段的论述正确！ “空间坐标系x(t)y(t)z(t)中t是坐标系的公共时刻，也是一个坐标系任何一个点的时刻；一个点的时刻也就是坐标系公共时刻。”这段论述不正确！t是等时刻空间x(t)y(t)z(t)中的公共时刻，也即该等时刻空间中任一点的时刻。并非是整个时空坐标系的公共时刻，不是任何时空点的公共时刻。

7.“如果将等时刻线与不等时刻线等价，则结果有二：一是否定运动，二是速率有且只有无穷大。”这一思维和论述正确！“离开了等时刻空间，物体的运动根本就不能存在。运动与等时刻空间紧密相连。”应该说是“离开了等时刻空间，就无法正确描述物体的运动”。物体的运动是客观存在着，与我们描述的正确与否无关！我很赞同云南大学物理教授张一方先生在他的著作《粒子物理和相对论的新探索》中的这一论述：时间膨胀必须在同点测量，长度收缩必须在同时测量。（见我的《物理学与宇宙学研究》p170）尺度（长度、距离）的测量必须在等时刻空间内完成！因而，同时性在力学（无论是牛顿力学还是相对论力学）中具有绝对的重要性。但同时性仍具有相对性，这包括两个方面：一是我们总认为对一个物体的尺度的测量及它离始点的距离测量是不花时间的，即是在等时刻空间内完成的。实际上，这种测量是要耗时的，并非在严格的等时刻空间内完成的。二是，根据相对论，引力（导致加速度或转动）和相对运动会破坏同时性。

“路程是质点运动轨迹的长度，它是标量，只有大小，没有方向，路程的大小与质点运动的路径有关，但它不能描述质点位置的变化”，这一段论述是正确的。但后面的论述：“且它是不等时刻线，它本质是没有长度其长度需要由等时刻线的长度来比较描述。”不正确。路程并非先生图2中的不等时刻线。

“同时包括两层含义：1.同一参照系内不同事件的同时刻发生；2.同一事件在不同参照系中的发生时刻相同。”应该说：1.同一参照系内的同一等时刻空间内发生的事件都是同时刻发生的。例如，xi(t)y1(t)z1(t)与x2(t)y2(t)z2(t)这两个事件是在时刻t同时发生的；而xi(t1)y1(t1)z1(t1)和x2(t2)y2(t2)z2(t2)一般是不同时刻发生的两个事件，除非t1= t2 ！2，在牛顿力学观念中，同一事件在不同参照系中时钟是不受影响的。但相对论指出，仅在运动速度相同的那些惯性坐标系中，时钟才是一致，彼此有相对运动的惯性系及非惯性系中时钟将是不一致的。从而同一事物在这类不同参照系中呈现的运动状态和规律是会不同的。显然，相对论是正确的，这已为太空飞船对太空的观测得到实证。

先生的图3及其说明是正确的。实际上也不用在真空中，只要在相同的均匀介质中就行，那时光速是均匀的，确定的，与方向无关。传播时间与间距严格成正比。对图4也同样如此。对于图5，我觉得有问题。设想事件A与B同为地面上不同地点发生着的两个事件，观测者在地球的同步卫星里，他好像静止地悬在地球的上空。他是可以接收到事件A与B的光信号的，他不仅能看到事件A与B的全貌和演化，而且可以与之通讯！就是异步卫星，例如侦察卫星、导航卫星和资源卫星也还是能接收到地面，甚至地下相当深度的电波信号的，并与地面及移动物（飞机、导弹、船舰、车辆及行人）通讯。同步卫星与地面静止物可以视为等时刻空间的事件，但异步卫星与地面及移动物间就不会是等时刻空间的事件。但能传输信号这是确定无疑的。不过等时刻空间的传输不存在多普勒效应，不等时刻空间的信号传输存在多普勒效应，如果相对运动速度很大时，相对论的尺缩钟慢会明显呈现（低速时，经长时间积累，钟慢现象也会显现）。我们不能只是“纸上谈兵”，要看实际事物是否与我们的理论设定获得的结论一致，不一致的话，往往表明我们的理论设定有问题。

先生说：“判断同时是有条件的。”这是对的。

1.“事件的发生必需是与观测者在同一等时刻空间内，观测者才能观测得到事件所产生的信号。”应该说“事件发生的信号到达观测者的接收器应该与观测者在同一等时刻空间内，观测者才能观测得到事件所产生的信号。”例如，我们看到的阳光是太阳在八分钟前发出的，也就是我们见到的太阳位置实际是八分钟前的位置！某天我们在天文观测中，发现一颗超新星的爆炸，经测定它离地球十万光年远，那就是说这个爆炸发生在十万年之前，现在那个星球早已不存在了，存在的是爆炸后的残留物了。

2.“不等时刻线在等时刻空间内只是一个点，事件发生后，信号的传递一直是在观测者等时刻空间内运动。”应该说是：2.“不等时刻线在等时刻空间内只是一个点，事件发生后，传递信号的接收、测定一直是在观测者等时刻空间内运动。”道理与1，中相同。要将事件本身与我们接收、测定到的传输事件信号区分开来！

3.“必需要有等时刻线，没有等时刻线，观测者无法判断同时与不同时。”这句话正确！

4.“时间的流逝对于光（信号）以及观测者/事件A/事件B是平等的，它们都有时间流逝。”——的确如此。

“当然在一个坐标系两个或两个以上不同地点的观测者之间对钟，同样必需是在等时刻空间条件下，才能够对钟，因为需要保证信号（或光信号）在坐标系里运动。”在地面上，不同时区要考虑时差。而且信号的传输需要时间。只有信号的传输速度为无穷大时，传输才不需时间，不同地点的观测者之间对钟才会瞬时完成。等时刻空间只是说，该空间任意处的事件都是处在同时刻。如果这些事物又处于相对静止态，那么它们的时钟应该相同。对于异步卫星与地面时钟进行时钟矫正后，仍可对钟。定位卫星和通信卫星就是这么做的。当相对运动速度远远低于光速，距离又不太远时，我们仍可将这两事件看作是在等时刻空间条件下。

当晚上我们观察晴朗的星空时，我们同时观察到许多的星星，经过天文测量，这些星星距离我们是远近不一的。火星距离我们约4光分（相比之下，月亮距离我们仅1.3光秒），即我们看到的是4分钟前它表面反射来的阳光。而最亮的星星是天狼星，它距离我们约8.6光年，也就是我们看到的是它在8.6年前发出的光所带来它的位置和状态信息；其次是我们的比邻星——半人马座α星（南门二）距离我们约5.77光年，我们所见的也就是它在5.77年前的位置和状态。所以，我们看到的是一幅宇宙的历史画卷，而不是宇宙的实时景象。我们与这些星体全不在同一等时刻空间内！我们是无法看到与我们处于同一等时刻空间的宇宙面貌的！这里我摘用写在《岛宇宙》一文中的一段话：

“当观测者或观测器面对星空时，他（或它）就位于R= C（t）dt的球心位置，C（t）是星际空间的光速，T就是他（或它）观测星空的时刻，以C（t）Δt为半径的球面处的景象是在T时刻前Δt时发出的光带来的景象映射，TC（t）为半径的球面处的景象是在观测前T时刻（也就是0时刻）发出的光带来的景象映射，这些景象是在T时刻同时映射到他（或它）的观测点的。可见在他（或它）的面前展现的是一幅时间间隔为0到T的宇宙景象的历史画面。离他（或它）越近的是时间越接近其观测时刻的景象，离他（或它）越远的是时间越遥远时的景象。越近期的景象信号越强又最接近，故细节观测得越清楚；遥远的信号传输的时间和距离越久远，信号就最弱，越难分辨其面目。所以，任何观测者在任何地点、任何时候面对星空时，他都感觉自己是处于宇宙的中心，离它观测的时刻越久远，它看到的宇宙的范围就越宽广；离它观测的时刻越近，它看到的宇宙的范围就越窄小，他永远也看不到宇宙在他观测时刻的实时全景！从而，不同的观测者在任何地点、任何时候看到的宇宙景象，只有时间越久远的，才看得越一致；时间越近的，各人看到的差别就越大。就全景而言，各人的观察是不全相同的。一个人在平地上平视的视野不超过3公里，站在200米的高塔或山顶上，视野不超过30公里，这样的范围内他接收到的光信息时间差不足0.1毫秒，而通常人视觉的时间分辨率 仅为10毫秒（如果一个人对距离一米处的图象能分辨1毫米的细节，那他对一公里外的物体，三米大小内的景像就无法辨明了，只有靠望远镜来提高空间分辨率）。从而，人们都以为在他视野中看到的一切都是瞬间发生的，都是他在观测的时刻发生的，是与他同时存在的事物。而以此经验去观测星空，他也以为离他多远的星体只是距离问题，没意识到时间上的差异。这也说明观测实际上已包含着光的性质（光速），如果光速是无穷大的，就没此问题；如果光速与声速一样，也只每秒数百米，那么信息传输的延迟现象就会非常明显了。我们也就不会先见闪电后闻雷声，或先见超音速飞机后听到飞机的轰鸣了。”（《物理学与宇宙学研究》P71～73）。

因而，对我们而言，地球表面只是个近似的等时刻区，而非真正的等时刻区！

伽利略变换中，二个坐标系的对钟，认为是可以瞬时完成的，这里就隐含了，光速是无穷大的！如先生所假定，P点对xyz坐标系是静止的，他的时钟也就是该坐标系的时钟；而x’y’z’坐标系相对于P点是动坐标，其时钟相对于P点是运动的。他观测该时钟的走时，仅在光速为无穷大时，看到的走时才是真实的走时。因而，如t= t’，仅在光速为无穷大时，才是真实的。

在洛伦兹变换中，光速为有限值C，考虑到信号的传输要耗时，X坐标系对动点P距离测量和时钟走时的观测都有光信号传输的耗时影响，从而，无论是长度的测量，还是走时的测定都与伽利略变换中的不一样了。因为，事实上光速为有限值C，而非无穷大，所以，严格来讲洛伦兹变换比较伽利略变换更科学、更正确。因而，爱因斯坦狭义相对论采用洛伦兹变换是正确的，科学的。但就如我前面讲的，当相对运动速度远远低于光速，距离又不太远时，我们仍可认为伽利略变换是适用的，可靠的。

2013年6月4日