时空形变论，简称形变论，是对物理时空的一种新探索和理解，继广义相对论之后提出。该理论的基本观念认为，在引力场中或任意非惯性系中，四维时空结构并非传统的（伪）黎曼空间，而是一种更为一般化的形变空间。形变空间相对于黎曼空间的特点在于，它经历了额外的形变方式，如伸缩、扭曲等，导致其性质更为复杂，表现为弯曲、扭曲、非均匀和非各向同性。在形变空间中，测地线通常是非等分弯曲或扭曲的，而且长度元在不同位置的坐标

1、阿基米德：数学之神、力学之父，名言：给我一个支点，我可以撬动整个地球。静力学和流体静力学的奠基人，发现了杠杆原理、浮力定律，破解了著名的皇冠谜案，研究和应用了多种机械；研究了阿基米德螺线，发明了科学记数法，其对几何体表面积和体积的计算方法中蕴含了微积分的思想；发展了天文学测量用的十字测角器，制成了水力天象仪，认为地球可能是圆的，晚年开始怀疑地心说，猜测地球可能围绕太阳运行。

5、麦克斯韦：经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一，名言：科学的目的是寻求对复杂事实的最简单解释。麦克斯韦创建了英国第一个专门的物理实验室，建立了电磁学的麦克斯韦方程组，创立了经典电动力学，预言了电磁波的存在，提出了光的电磁说。麦克斯韦1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。 麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性

我们知道，欧几里得空间是平直、均匀和各向同性的空间结构。其中具有一些特殊的几何性质，例如圆的周长与直径之比等于圆周率π、三角形的三个内角之和等于180度、过已知直线外任意一点有且仅有一条直线与已知直线平行、直角三角形三条边的长度之间满足毕达哥拉斯定理等。 一般的弯曲空间称为黎曼空间，其是在欧几里得空间的基础上仅仅发生了弯曲形变的空间结构。黎曼空间虽然是弯曲的，但仍旧是均匀的，即空间本身并未发生伸缩形变。

4、法拉第：电磁学之父、交流电之父，名言：一个人只要肯干、自强，即使生活在社会底层也能够取得伟大的成就。法拉第提出了电磁场学说和电磁感应定律，发现了电场与磁场之间的联系，提出了电场和磁场力线的假说，发现了电解定律，推广了电磁学专业用语，发现了苯等化学物质，发明了电动机和发电机，发明了世界上第一个发动机。 法拉第曾经建造了两个装置以产生他称为“电磁转动”的现象：由线圈外环状磁场造成的连续旋转运动。他把

3、牛顿：近代物理学之父，名言：如果说我看得更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理，提出牛顿运动定律和万有引力定律。在光学上，他发明了反射望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以

2、伽利略：欧洲近代自然科学的创始人、现代物理学之父、科学方法之父、现代科学之父，名言：世界是一本以数学语言写成的书。伽利略最先把实验引进了力学当中，并利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。伽利略对运动的基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。伽利略发明了温度计，发现了摆的等时性定律、惯性原理、自由落体

根据狭义相对论，惯性系中的时空结构是四维闵氏时空（或四维伪欧空间），即平直、均匀和各向同性的三维欧氏空间与平直、均匀的一维时间的结合体。在相对论中，进行时空测量时不是采用一个钟，而是采用各个不同位置的一系列的钟分别与物理事件相接触来进行的。这就需要将不同位置的钟校正为同时并同步（即对钟）。在狭义相对论中，由于时空的平直和均匀性，只要将同一惯性系中各个不同位置的钟校正为同时之后，钟的同步运行是能够自

根据牛顿力学，万有引力是宇宙中所有物质之间普遍存在的一种力。在这种力的作用下，物体做自由落体运动、行星围绕恒星做公转运动、数量庞大的恒星结合成星系或星系团等。 在广义相对论中，非惯性系中的惯性力场与引力场之间具有等效性。既然非惯性系中的时空是弯曲的（例如旋转圆盘上的空间弯曲、时间变慢），那么引力场中的时空同样也是弯曲的。所以，万有引力根本不是一种普通的力，其本质上是四维时空本身的弯曲。而万有引力只

我们来考察一种典型的、不需要外力推动的非惯性系。假设有一个刚性的理想大圆盘，其围绕通过圆心且与盘面垂直的轴高速地、匀速地旋转。由于刚性，圆盘自身不因外力作用而发生几何形变。 在惯性系中静止的观测者测量，该旋转圆盘是一个平面圆盘，其周长与直径之比等于圆周率π，符合欧几里得平直空间中的几何性质。根据狭义相对论的尺缩效应，此时圆盘沿其周长方向的长度由于运动已经发生了收缩，圆盘沿其半径方向的长度由于与运动方

在牛顿力学中，惯性系定义为相对于绝对空间静止或做匀速直线运动的参考系，除此之外的所有参考系都是非惯性系。按照该定义，在远离所有星体的、无引力场的宇宙空间中静止或做匀速直线运动的参考系以及在静止星体的引力场中相对于星体静止的参考系都是惯性系；而在远离所有星体的、无引力场的宇宙空间中做加速运动的参考系以及在星体的引力场中自由下落的参考系都是非惯性系。 在广义相对论中，由于惯性力与引力之间的等效性，定义

根据狭义相对性原理，物理定律在所有惯性系中完全相同，或者说，所有惯性系在物理学上完全等价。由于在宇宙中找不到一个真正意义上的惯性系，为何物理学定律一定要在惯性系这种不存在的参考系中才能成立呢？由于找不到赋予惯性系这种特殊地位的理由，所以爱因斯坦认为一切参考系都应该是平权的，于是提出了广义相对论原理。其可以表述为：普遍性的物理定律在所有参考系中具有相同的形式，或者说，所有参考系在物理学上完全等效。

在日常生活中，人们都体验过做电梯时的感受。当电梯停止不动或匀速上升、下降时，人们只会感受到地球本身的重力作用；当电梯加速上升时，人们除了感受到地球本身的重力作用之外，还会感受到惯性力的作用，此时惯性力的方向与地球的重力方向相同，所以人们会感受到超重；当电梯加速下降时，人们除了感受到地球本身的重力作用之外，也会感受到惯性力的作用，此时惯性力的方向与地球的重力方向相反，所以人们会感受到失重。 上述不仅

狭义相对论建立在惯性系的基础上，但是现实中却找不到一个真正的惯性系。惯性系的一个定义是：距离其它物体无限远的、不受外力作用从而做匀速直线运动的参考系是惯性系。在现实宇宙中，由于万有引力作用的普遍存在，任何一个参考系都不可能不受到引力作用，也不可能做绝对的匀速直线运动。 惯性系的另一个定义是：惯性定律在其中成立的参考系是惯性系。然而，惯性定律是说，不受外力作用的物体在惯性系中做匀速直线运动。这就形成

申请人：@时空形变论 申请感言：本人作为物理学时空理论新体系——时空形变论的创建者，热烈欢迎所有对物理学中的时空理论、引力理论和宇宙学理论等真心感兴趣的朋友们关注本吧。我将与大家一起深入探讨和交流与此有关的物理学问题，希望大家能够持有严谨的科学态度、文明地进行交流、不断提高自身的物理学素养，共同促进新世纪理论物理学的发展。

根据麦克斯韦电磁场方程组，可以得出结论：光速的数值只与真空介电常数和真空磁导率有关，而与惯性系的选择无关。这实际上就是光速不变原理的内容。所以，作为整个电磁学基础的麦克斯韦方程组是满足洛伦兹变换关系的，其可以不加修正地被纳入狭义相对论的体系中。将麦克斯韦方程组表述为四维形式后，理论变得更为优美，原来的方程组中的四个方程简化为两个方程。 然而，建立在绝对时空观基础之上的牛顿力学就没有麦克斯韦电磁理论

在物理学中，三维空间与一维时间之间是对立统一的关系。一方面，空间与时间是本质上完全不同的两个概念，不可混为一谈；另一方面，空间与时间具有统一性，这种统一能够用四维伪欧几里得空间（其与欧几里得空间只存在正负号的区别）或闵可夫斯基四维空间（又称闵可夫斯基四维时空）在数学上进行描述。 闵氏四维空间是一维时间和三维空间的结合体或统一体。其中，事件的时间间隔和空间间隔分别作为四维空间的不同侧面或分量，其在不

自从法拉第和麦克斯韦建立起来场论观念之后，在物理学中，既不存在超距作用，也没有了超距测量。 在相对论中，谈论对某物理事件的时间间隔和空间间隔进行测量，都是采用的与上述物理事件处于同一时空位置的标准尺和标准钟进行测量的结果。由于惯性系中时空范围的无限广延性，这就需要在惯性系中设立足够长度的标准尺和在空间的不同位置处设立足够数量的标准钟。其中，足够长度的标准尺只要刻度均匀、等分即可；而足够数量的标准钟

光速的特性，即光在时空中的传播规律与时空的几何性质之间存在本质性的内在联系。 在任意相对做匀速直线运动的惯性系中，光速各向同性、并且是一个常数，分别对应于三维空间的各向同性和时间、空间的平直均匀性。 在狭义相对论中，光速不变原理是一个得到实验支持的假设，同时也与惯性系中的时空性质相符。狭义相对论与经典力学的主要区别在于光速不变原理。狭义相对论中同一惯性系中不同位置处标准钟的校正（即对钟）过程，也需要

同样考虑在恒定外力作用下物体被持续进行加速的过程。外力不断地对物体做功，物体的动能不断地增大，物体的质量也不断地增大；随着物体的运动速度无限地趋近于光速极限，物体的质量和能量都趋近于无穷大。因此，物体的质量与能量之间必定存在内在的联系。 质能方程的数学推导过程如下： 假如一个静质量为m₀的物体受到一个外力作用F，该物体沿外力作用方向发生的位移为s，外力作用的时间为t，那么该物体动能和动量的微分分别为 dEₖ=Fd

考虑一个恒定的外力作用持续地对物体进行加速的过程。由于光速是极限速度，物体持续加速后的最终结果不可能达到光速，只能无限地趋近于光速。因此，在恒定外力作用下物体的加速度不可能是常数，只能是随着运动速度的增大变得越来越小。那么，根据牛顿动力学定律，物体的质量就不是恒定的，只能是随着运动速度的不断增大而越来越大；随着物体的运动速度无限地趋近于光速，物体的质量趋近于无穷大。其数学公式为： m'=m/[1-(v/c)^2]^1/2

根据相对论，光速是所有物质在宇宙空间中运动速度、能量或信息在空间中传递速度的极限值。任何有静质量的物体的运动速度只能无限地趋近于光速，而永远不可能达到、更不可能超过光速。至于宇宙空间本身的膨胀速度、量子纠缠等，并不满足上述条件，所以是允许超光速的。

根据狭义相对性原理，任何一个惯性系中的观测者都可将其自身所在的惯性系视为静止，其在该惯性系内部做任何相同的物理实验都将观察到完全相同的结果，其中也包括标准钟的速度和标准尺的长度。然而，在以不同速度运动的其它惯性系中的观测者来考察上述惯性系中的钟和尺，其所得结论是：运动中的钟速度变慢或测得其中事件的时间间隔变长，运动中的尺长度缩短。并且，运动速度越大效果越明显，随着其运动速度无限地趋近于光速，钟的速

假设在平直时空 m中有两套四维笛卡儿坐标系（x,y,z,t）和（x',y',z',t'），其中三对空间坐标轴x和x'、y和y'、z和z'互相平行，并且空间坐标轴x和x'互相重合；坐标系（x',y',z',t'）沿着x轴方向以恒定速度v相对于坐标系（x,y,z,t）运动，并且当t=t'=0时两个坐标系的原点O和O'互相重合：如图1。 在经典力学，上述两套坐标系中时空坐标之间的关系满足伽利略变换：如图2。 在狭义相对论中，上述两套坐标系中时空坐标之间的关系满足洛伦兹变换（这可根据狭义相

假设在一辆疾驰的列车上的某一节车厢里，乘客看到车厢中点位置处的一个光源发出的光以相同的速度c同时到达了车厢的前壁和后壁。然而，对于地面上静止的观测者而言，上述事件并非同时。因为对其而言，各个方向的光速是不变的，仍然是c;光源向车厢前方发出的光顺着车厢前壁运动的方向前进，而光源向车厢后方发出的光逆着车厢后壁运动的方向前进。所以，很自然，光到达车厢前壁的事件在先，而光到达车厢后壁的事件在后。并且，当列车的

物体的运动是相对的，而光速是绝对的。光速不变原理可以表述为：在所有惯性系中光的速率都是同一个常数c。在日常生活中，只要一个人运动得足够快，就可以追上甚至超过一辆疾驰的汽车。但是，如果换作一束光，无论观测者是顺着或逆着光的方向运动，也无论观测者运动的速度有多么快。那么，该观测者所测量到的光速始终都是同一个常数c。

狭义相对论的整个理论体系建立在狭义相对性原理和光速不变原理的基础之上。其中，狭义相对性原理是对伽利略相对性原理的推广。 伽利略相对性原理可以表述为：所有做匀速直线运动的惯性参考系在力学上完全等价。或者说，力学定律在所有惯性系中完全相同。 狭义相对性原理可以表述为：所有惯性系在物理学上完全等价。或者说，物理定律在所有惯性系中完全相同。根据狭义相对性原理，处于任意惯性系内部的观测者不可能通过任何物理实验

坐标系以及与其随动的观测者、标准尺和标准钟共同构成了一个参考系的测量系统。把该参考系中不同空间位置处的标准钟对准（即使其同时并且同步）之后，就可以进行时空测量了。

在日常生活中，我们观察到的所有宏观物体的运动都是相对的。换言之，谈论宏观运动的前提是选择参考系，否则运动就没有意义。例如，在地面上静止的观测者看到一辆列车在疾驰；而对于该列车上静止的乘客而言，该列车却是静止的。

参考系是用来衡量物体的运动所选择的参考物体，既可以选择处于不同空间位置的参考物体，也可以选择处于不同运动状态的参考物体。 坐标系是为了精确地描述物体的运动所采取的数学方法。常见的数学坐标系有笛卡儿直角坐标系、球坐标系、柱坐标系以及任意曲线坐标系等。其中，最简单、最直观的是平直空间中的笛卡儿坐标系。

任何一个固定的长度都可以用来度量空间间隔，例如某一实际物体的长度、某种波的波长、光在单位时间内走过的距离等。构造完全相同的、在同一空间位置能够彼此重合的量尺是标准尺。 任何一个周期运动的过程都可以用来度量时间间隔，例如人体的脉搏、单摆、匀速率圆周运动、往返运动的光子等。构造完全相同的、在同一空间位置能够彼此重合的时钟是标准钟。

在物理学中，时间和空间都是从物质运动中抽象出来的概念。时间用以描述物质运动或变化的持续性和顺序性，时间是一维的，只有从过去到现在、再到将来的一个方向；空间用以描述物质运动的广延性和伸张性，空间是三维的，具有上下、前后和左右三个可逆的方向。时间和空间都是客观存在的事物，不以人的意志为转移。

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