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参照系中的时空测量标准与物理规律 摘要：本文对测量和描述物体运动的参照系进行了全面的分析，强调了选择不同的时间和空间测量标准对物体运动的测量和描述的影响，并指出了物理规律与时间和空测量标准之间的对应关系。当我们说物理规律确定了一类参照系时，实际上是说物理规律确定了该类参照系中的时间和空间测量标准。在此基础上，本文讨论了狭义相对论和广义相对论中的时间和空间测量标准及其有关时空测量的结论，并澄清了一些容易引起人们误解的问题。本文并没有对狭义和广义相对论提出任何不同的观点。 关键词：参照系、时间和空间测量标准、物理规律、狭义相对论、广义相对论 0 引言 狭义和广义相对论使人们关于时间和空间的认识发生了深刻的变化，经典的形而上学的绝对时空观念被抛弃，我们只能讨论相对于某一参照物的、用与这一参照物相联系的时间和空间测量标准所测得的物体运动过程中的时间和空间，以及由这种测量所归纳出的物理定律。脱离参照物和时空测量标准谈论时间和空间是毫无意义的。但是，由于相对论的创始人、包括爱因思坦并未就相对论中的时间和空间与参照物及时空测量标准之间的上述关系给出深入细致的解释，再加之绝对时空观在人们的大脑中根深蒂固，致使许多人误解相对论，甚至拒不接受相对论。因此，仔细深入的研究物理规律与参照物及时空测量标准之间的关系，深化参照系的概念，理清一些基本观念，澄清一些容易引起人们误解的问题，彻底清除形而上学的绝对时空观，进一步加固物理学的根基，是相对论之后的物理学所必须的。 本文第一部分（第1～4节）讨论了参照系的各个确定要素，指出了时间和空间测量标准是构成参照系的主要要素之一，并且，这些要素都是人为选定的。本文第二部分（第5～12节）讨论了物理规律与时空测量标准之间的相互确定关系，指出当我们说某一物理规律确定了一类参照系时，实际上是指该物理规律确定了参照系中的时空测量标准，而不是参照物，尽管某些物理规律，甚至是确定出时空测量标准的物理规律可能与参照物有关。本文第三部分（第13～15节）讨论了狭义相对论中的时空测量标准和有关时空测量的某些结论，指出了尽管狭义相对论否定了绝对时空观，但在一个参照系内部，时空测量标准和时空测量的结果却是唯一的，绝对的，我们不能讨论时空测量标准的运动情况及运动时的变化情况。本文第四部分（第16～20节）讨论了广义相对论中的时空测量标准和时空测量的有关结论，指出时空测量标准在这个时空弯曲的参照系中也是唯一的，处处相同的, 且不受引力场的影响。时空的弯曲不是测量标准发生了某种变化，而是用这种“不变的”、唯一的时空测量标准所测量出的结果。使时空弯曲的原因是引力场。从这种意义上讲，广义相对论中，在一个参照系内部，时空测量标准和测量结果仍然是绝对的。本文的第五部分（第21～24节）讨论了相对性原理以及物理学对客观世界的解释。本文认为，一般情况下，在不同的参照系进行测量并归纳出的物理规律是不同的。但是，爱因思坦的引力场方程确实能在任何参照物上成立，只要建立在这些参照物上的参照系使用的时空测量标准与引力场方程等效。另外，我们总是希望能对客观世界给出更多的解释，但是，与时空测量标准及其它基本物理量的测量标准相对应的最基本的物理规律却是无法进一步解释的，它们实质上是人为规定的。 1 参照系的确定要素 人们一直认为，用于测量和描述物体运动的参照系仅与我们所选取的参照物有关，选择了不同的参照物，就称为选择了不同的参照系。在不同的参照系中，对同一物体运动的测量和描述是不同的。至少，人们对参照物以外的其它影响测量和描述物体运动的要素没有给予应有的重视。仔细分析就会发现，确定出测量和描述物体运动的参照系是一个十分复杂的过程。本文将对参照系的各种确定要素逐步展开讨论。 要研究物体的运动，首先必须要测量和描述物体的运动。测量和描述物体的运动，就是要指明物体在不同的时刻所处的不同位置。物体的位置是一个相对的概念，一物体的位置是相对于另一物体而言的。实际上，某一时刻也是相对于我们指定的起始时刻而言的。因此，物体的运动也就是相对于一个确定该物体位置的参照物而言的。这一参照物就构成了用于测量和描述物体运动的参照系的一个要素。但是，仅有了参照物，我们仍然不能测量或描述物体的运动。为了确定物体运动的不同位置和不同时刻，我们还必须要有一套时间和空间的测量标准。本文将时间和空间的测量标准也看做是构成参照系的要素之一。当然，这似乎只是个语言表述问题，并没有任何实质性的意义。本文之所以将时空测量标准看成是构成参照系的一个要素，除了这些测量标准是测量和描述物体运动所必须的以外；还因为这些测量标准与参照物一样，都是人为选定的，当我们选择了不同的时空测量标准以后，如同选择了不同的参照物一样，对同一物体运动的测量和描述也将是完全不同的；而且，更为重要的是，当我们以某个物理规律来确定一类参照系