于振发编著的《空间简史》内容介绍:时空是无时无刻不伴随着我们每个人的。再也没有比时空问题与我们人类关系更密切、更直接的了。人一降生下来,就立即投入到了时空的怀抱。人们从孩提时代开始,就对自身生存的时空。有了渐渐的认识,并各自部对此有着无限的遐想。如果人类没有对时间、空间的基本认识,人类就根本不可能认识自我,也不能把握自我。
为了能使更多的人一起研究、探讨、调侃这些问题,为了使一些看似非常玄奥的问题便于理解,于振发编著的《空间简史》内容介绍:采用了类似通俗演义的写法。这就产生了一个问题:这些可谓玄之又玄的东西,如果说得太通俗,读者对一些问题的理解和认识可能客易造成误读,甚至由于我的一些不恰当的通俗解释和比喻,就已给读者误导、造成误解了。可是如果表述得太专业、太“严谨”,对于大多数读者又会感到过于生涩、玄奥、难懂。因而我想把《空间简史》的读者群定位在:只要你具有相当于高中的文化水平,只要你能仔细地阅读它,应该基本上都能看懂,并不时地会撞击出你绚丽的思想火花。基于这样一个想法,在这本小册子里,难懂的专业术语尽量少用,繁杂的数学公式尽量不用。
空间真的只有3维吗?这里先不回答这个问题,后面会重点谈这个问题的。
这里要提示你的是:伽利略坐标是静止的,即坐标原点没有运动速度。牛顿不是要研究运动问题、速度问题和力的问题吗?那还要再引进一个概念,就是前面提到过的一句:静止惯性系和运动惯性系。
那这里又要解说什么是惯性系了。现在先说什么叫惯性。下个简单、通俗的定义:惯性就是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。
那么,惯性系就是指参照物是静止或匀速直线运动,即坐标原点的速度要么是零,要么大小和方向都不变。惯性系就是指不受外界影响的参照系。
这一下麻烦了,这又引出个参照系的概念。好吧,那就只好再谈一谈什么是参照系。
参照系就是以参照物为原点所建立的一套坐标系,这套坐标系要有标准长度和标准方向。
这还又要解释什么是参照物。简单说吧,参照物就是能够进行参照、对比的物体。我们在试图准确描述一个物体、一个事物状态时,都要把那个物体、那个事物状态跟我们熟悉的物体、事物进行比较来确定。比如说:火车的速度是200千米川、时,是视铁轨不动、地面不动,这也就是所说的相对速度,它是指火车相对于地面或铁轨的速度而言的。不难看出:关于运动与静止的关系,在牛顿那个时代,理解得已经相当科学了。在这个世界上,没有绝对的静止,只有相对静止和相对运动。而相对静止或相对运动都是要有参照物的,火车每小时200千米的速度就是以地面铁轨为参照物的。再比如,你问深圳在哪里。这时你必须选一个参照物,甚至于是参照系才能表述清楚。深圳在北京南面多少千米,或说在广州东南多少千米。这里我们把北京或广州作为参照系的原点,把东南西北作为方向,以千米作为长度单位,这样就能精确地指出深圳的位置了。我们可以把参照物看成是描述一个事件、一个物体的基准。只要你感到能描述方便,参照物可由你任意选取。这就是说,参照系只是你为便于描述某个物体或某一事件而假定出来的东西,是我们的一个规定和想象。世界上每一个物体、每一个事件,都可以通过参照物、参照系、惯性参照系来进行描述。事实上,我们平时早就有意无意地在潜意识中使用这些方法了,只是伽利略将其进行了科学的总结,牛顿在他的几个定律里娴熟地运用了这些概念。
那么什么又是坐标变换呢?坐标变换就是在同一时刻、同一物体的坐标,从一个坐标系变换到另一个坐标系。这就称为坐标变换。联系这两组坐标的方程式,就叫坐标变换方程。这一点很容易想象,因为物体一旦运动,时间就随之发生变化,空间位置也就要发生变化,你要进行定量地计算,就要从一个坐标系变换到另一个坐标系才行。P16-17