评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系
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牛顿力学、相对论和时间空间牛顿力学、相对论和时间空间的关系志勰对牛顿力学和相对论进行的比较分析,可以说本文是我在探索相对论时间和空间观念结束的一篇总结性的文章。
对牛顿力学和相对论的观念进行了确定性比较判断。
关于相对论和时间、空间的关系,在前面的文章中实际上已经结束了。
又涉及的概念和说明的方法很杂乱,这里进行系统的整理一下,并对前面一些文章中的看法进行修正一下。
为了便于总览整体的轮廓,这里只进行关键性的问题说明,您可以查阅前面的文章。
时间和空间的两种定义方法牛顿力学中的时间概念来源于人们对物质运动变化的经验感觉,并选定一个统一的定量标准去对物质运动变化进行定量,实际上这是采用一种物质运动变化的度量流程标准去对另一种物质运动变化进行度量。
并且对这一度量流程绝对的均匀化,理想化。
以至于是可以采用数学化的绝对均匀描述。
比如两个时刻之间可以采用任意均匀的间隔进行描述。
从物质事件的进程中我们可以向前或者向后无限的延伸。
即通常所说的延绵。
并且,这样的时间定义于我们所采用的任何参照系是无关的。
关于这一问题,您可参见时间的经验感觉。
牛顿力学对空间的处理也同样是这样,采用标准距离去定义物体的长度。
实际上,牛顿力学已经将时间和空间纯粹的理想化,并采用数学化的方式进行描述。
牛顿力学中时间和空间概念是脱离于物质运动的定义的。
因此,时间与空间在牛顿力学中是最基本的物理单位。
举个例子来说,热胀冷缩:一个物体发生热胀冷缩,我们不能判断物体所在的空间发生膨胀,而仅将物体这种膨胀属性归因于物体的结构在不同温度下所发生的常规现象,我们知道,实际上,温度的不同,物体分子间的相互作用是不同的。
我们不是将这种作用加到空间上,而判断物体发生了空间膨胀,实际上,如果我们将空间的属性判断为物质的属性,那么这样的说法也未尝不可。
因此,牛顿力学中的时间和空间是一种绝对理想化的物理量,它不依赖于物质的作用属性。
相对论中的时间观念却不是这样了,它是在处理参照系的问题时而引入的新的概念。
第二十二天:相对论时空观与牛顿力学的局限性相对论时空观与牛顿力学的局限性的内容的考点:1、经典力学的局限性;2、经典相对性原理;3、狭义相对论的两个基本假设;4、“同时”的相对性;5、长度的相对性;6、时间间隔的相对性及其验证;7、相对论速度变换公式;8、相对论质量。
知识点1:相对论时空观与牛顿力学的局限性一、牛顿力学时空观绝对时空观(牛顿力学时空观):时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的。
该观点认为时间和空间是相互独立的。
不同参考性系之间的速度变换关系满足伽利略变换,比如河中的水以相对于岸的速度v 水岸流动,河中的船以相对于水的速度v 船水顺流而下,则船相对于岸的速度为v 船岸=v 船水+v 水岸。
二、相对论时空观19世纪,英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在,并证明电磁波的传播速度等于光速c 。
1887年迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明:在不同的参考系中,光的传播速度都是一样的!这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符。
爱因斯坦两个假设:在不同的惯性参考系中,物理规律的形式都是相同的;真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
相对论的两个效应:时间延缓效应:如果相对于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ,那么两者之间的关系是Δt =Δτ1-(v c )2。
Δt 与Δτ的关系总有Δt >Δτ,即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关。
长度收缩效应:如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0,沿着杆的方向,以v 相对杆运动的人测得杆长是l ,那么两者之间的关系是l =l 01-(v c)2。
l 与l 0的关系总有l <l 0,即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关。
低速运动:通常所见物体的运动,如投出的篮球、行驶的汽车、发射的导弹等物体皆为低速运动物体。
评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系摘要:哲学是关于自然知识、社会知识和思维知识的概括和总结,它和各门具体科学都有着一般和特殊的联系。
哲学从总体上提示人与世界的关系,研究世界的本质和普遍规律;而各门具体科学只从某一方面、某一领域研究世界的具体规律。
本文通过对辨证唯物的时空观、牛顿时空观和相对论时空观的全面阐述,并将它们进行对比,总结出了它们之间的关系。
关键字:辩证唯物主义狭义相对论相对论时空观牛顿时空观一.辨证唯物时空观辩证唯物主义不仅从哲学基本问题的高度对世界本质做出了科学的规定,而且在坚持物质性的同时,认为物质的固有属性是运动,时间和空间是物质运动的存在形式。
马克思主义的物质观与运动观和时空观是紧密联系在一起的。
物质运动的持续性和顺序性,它表明一事物和另一事物、一运动过程和另一运动过程依次出现的先后顺序,一事物存在和一种运动过程的长短持续。
时间的特征是一维性或不可逆性,因为事物变化作为过程从绝对性的意义上是不可重复的,永远从过去、现在到将来,按照这一个方向前进,通常人们所说的“机不可失,时不再来”,就是指出了时间的一维性。
空间是运动着的物质广延和伸张性,任何事物都具有一定的规模、体积、形态和位置;多个事物之间具有前后、左右和上下之间方位上的并存关系。
空间的特征是三维的,现实存在的任何物体都具有长、宽、高。
设想仅有位置而没有体积的点,只有长度而无宽窄的线和无厚度的面,仅仅是数学的科学抽象,现实世界中并不存在这样的点、线、面。
现代物理学使用的“四维世界”概念,反映着事物存在于一维时间和三维空间之中。
时间和空间是运动着的物质的存在形式,同运动着的物质不能分离。
《马克思恩格斯选集》第3卷中指出“一切存在的基本形式是空间和时间,时间以外的存在和空间以外的存在,同样是非常荒诞的事情。
”这表明运动着的物质不能脱离时间和空间。
同样,时间和空间也不能脱离物质的运动,离开后者,前者就是空洞的抽象,就是纯粹的无。
牛顿的绝对时空观与相对时空观:兼对牛顿传统时空观评价的
质疑
肖引
【期刊名称】《科学技术与辩证法》
【年(卷),期】1994(11)4
【摘要】牛顿时空观在自然辩证法和哲学原理的教学中,长期以来被误解。
事实上,牛顿时空观既有绝对时空观也有相对时空观。
即使是他的绝对时空观也是既有错误的方面,又有其合理的因素,不可将牛顿时空观与绝对时空观完全等同。
本文一是指出我国哲学界长期以来在对牛顿时空观认识上存在的片面性,二是指出牛顿时空观中绝对时空观和相对时空观的内容以及二者的关系,三是说明牛顿绝对时空观的合理性、科学性以及历史的局限性。
其目的是为了消除牛顿时空观教学中的误区,以利于自然辩证法和哲学原理的教学与研究。
【总页数】4页(P1-4)
【作者】肖引
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】N031
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1.浅谈牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观 [J], 王亮量
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牛顿力学和爱因斯坦相对论的时空观直至20世纪初,科学家们以牛顿力学为基础,一直认为宇宙是一个几何空间,它是静止的,可以被放大或缩小,但不能改变其形状。
然而,当爱因斯坦在1905年提出相对论时,宇宙的结构发生了重大变化。
爱因斯坦将时间和空间单元化,它提出了时间和空间是一体的概念,它们是相互影响和紧密联系的。
爱因斯坦将时间和空间组合成一个空间-时间宇宙,被称为时空。
时空宇宙是一个弯曲的几何空间。
它可以在任何点改变宇宙的形状和大小,从而对重力和其他力做出反应。
时空宇宙的变形是由物体的质量和速度来决定的,因此,当物体运动时,时空宇宙的形状和大小也会改变。
时空的概念改变了我们对宇宙的看法,被称为特殊相对论(Special theory of relativity)。
特殊相对论认为宇宙中的物体之间的距离和时间是相关的,它们是相对的而不是绝对的。
宇宙的形状是可变的,它可以由物体的质量和速度来决定。
特殊相对论也改变了物理学中的许多概念。
它解释了质能方程,即物质和能量之间相互转化的概念,从而改变了物理学中能量的概念。
它还改变了物理学中动量的概念,引入了新的动量定律,即爱因斯坦动量定律。
另一个重要的概念是时空弯曲力学(general theory of relativity),据此,物质不仅会改变宇宙的结构,还会影响宇宙的结构。
时空弯曲力学是源自爱因斯坦的时空的一种物理理论,它将重力视为时空弯曲的结果,这种弯曲是由物质、能量和动量所引起的。
这些理论不仅改变了我们对宇宙结构的认识,也改变了我们对时间和空间的认识,它们统一了时间和空间的概念,让我们认识到时间和空间之间的关系是微妙的、复杂的,它们可以互相影响,并且形成宇宙的核心部分。
因此,牛顿力学和爱因斯坦相对论改变了我们对宇宙的根本认识,它们实现了科学家对宇宙的新的时空观,这些理论在宇宙科学领域发挥着巨大的作用。
比较相对论时空观和牛顿经典时空观,浅谈科学发展中的肯定与否定“天地万物之逆旅,光阴者百代之过客”,人类生存于天地之间,漫步于时间长河,对于时间与空间的思考萦绕于一代又一代人的心头。
随着人类文明的发展,人们对时空观的认识也在不断变化,在这其中相对论时空观和牛顿经典时空观是公认的科学史上有很大影响力的时空观,下面我就对这二者进行比较,谈一谈人类科学发展中的“肯定”与“否定”。
首先,从理论基础来看这两个时空观。
这两个时空观是建立在不同的理论基础之上的。
牛顿的经典时空观是以经典力学为基础建立起来的,爱因斯坦提出的相对论时空观是以光速c不变为理论基础。
其次,从内容来看这两个时空观。
由于二者理论基础的不同,这也就决定了这两个时空观内容的截然不同。
这就像种下两个种类不同的种子,那最后长出来的东西肯定是不同的。
这两个时空观对时间和空间与物质的关系看法不同。
牛顿经典时空观是绝对时空观,认为时间和空间与物质及其运动无关,时间坐标系和空间坐标系是完全脱离物质而独立存在的,时间间隔和空间间隔在不同的惯性系中保持不变,即时间空间观念与物质运动状态无关。
而相对论时空观认为有物质才有时间和空间,时间和空间与物体的运动状态有关。
这两个时空观对时间与空间的关系看法也不同。
牛顿经典时空观认为时间和空间彼此无关,独立各自。
而相对论时空观则恰恰相反,它认为两个时间在不同的惯性系看来,它们的空间关系是相对的,时间关系也会是相对的,时间和空间不是互相独立的而是彼此不可分解的整体,只有空间和时间联系在一起才有意义,光速c是建立不同惯性系间的时间和空间变换的纽带。
毋庸置疑,事实是唯一的,然而这两个时空观却给出了迥然不同的答案。
我们是不是能够肯定一方而否认另一方呢我认为不能。
虽然相对论时空观得到了大多数人的认可,但我们不能否定牛顿经典时空观。
它为科学的发展做出了重要的贡献。
自十七世纪,牛顿力学不断发展并取得巨大成就,以牛顿力学为基础建立了天体力学和应用力学等等。
牛顿爱因斯坦时空观
牛顿和爱因斯坦都是伟大的物理学家,他们对时空观做出了很多贡献。
下面将分别介绍他们的时空观:
牛顿时空观:
1. 绝对时空观:牛顿认为时间和空间是独立的,彼此无关,而时间在
全宇宙是绝对一致的。
2. 物体运动的描述:牛顿通过三大定律描述了物体运动的规律,同时
发现运动状态的改变需要施加力。
3. 重力现象的解释:牛顿提出了著名的万有引力定律,认为所有物体
之间都存在引力,而这种引力是由于物体质量之间的相互作用。
爱因斯坦时空观:
1. 相对时空观:爱因斯坦认为时间和空间是密切相互联系的,两者不
是独立存在的,而是组成了时空。
2. 相对性原理:爱因斯坦提出了相对性原理,任何所有者都不存在绝
对运动状态,而任何物理规律的表达式都应该适用于所有惯性系。
3. 光速不变原理:爱因斯坦认为光速是不变的,即光速在所有惯性系中都是相同的。
牛顿和爱因斯坦的时空观有很大的不同。
其实,爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的颠覆,揭示了物理规律的底层本质,深刻影响了物理学的后续发展。
评析辨证唯物的时空观与牛顿时空观或相对论时空观的关系摘要:哲学是关于自然知识、社会知识和思维知识的概括和总结,它和各门具体科学都有着一般和特殊的联系。
哲学从总体上提示人与世界的关系,研究世界的本质和普遍规律;而各门具体科学只从某一方面、某一领域研究世界的具体规律。
本文通过对辨证唯物的时空观、牛顿时空观和相对论时空观的全面阐述,并将它们进行对比,总结出了它们之间的关系。
关键字:辩证唯物主义狭义相对论相对论时空观牛顿时空观一.辨证唯物时空观辩证唯物主义不仅从哲学基本问题的高度对世界本质做出了科学的规定,而且在坚持物质性的同时,认为物质的固有属性是运动,时间和空间是物质运动的存在形式。
马克思主义的物质观与运动观和时空观是紧密联系在一起的。
物质运动的持续性和顺序性,它表明一事物和另一事物、一运动过程和另一运动过程依次出现的先后顺序,一事物存在和一种运动过程的长短持续。
时间的特征是一维性或不可逆性,因为事物变化作为过程从绝对性的意义上是不可重复的,永远从过去、现在到将来,按照这一个方向前进,通常人们所说的“机不可失,时不再来”,就是指出了时间的一维性。
空间是运动着的物质广延和伸张性,任何事物都具有一定的规模、体积、形态和位置;多个事物之间具有前后、左右和上下之间方位上的并存关系。
空间的特征是三维的,现实存在的任何物体都具有长、宽、高。
设想仅有位置而没有体积的点,只有长度而无宽窄的线和无厚度的面,仅仅是数学的科学抽象,现实世界中并不存在这样的点、线、面。
现代物理学使用的“四维世界”概念,反映着事物存在于一维时间和三维空间之中。
时间和空间是运动着的物质的存在形式,同运动着的物质不能分离。
《马克思恩格斯选集》第3卷中指出“一切存在的基本形式是空间和时间,时间以外的存在和空间以外的存在,同样是非常荒诞的事情。
”这表明运动着的物质不能脱离时间和空间。
同样,时间和空间也不能脱离物质的运动,离开后者,前者就是空洞的抽象,就是纯粹的无。
一方面,物质运动的展开就表现为时间和空间的形式。
物质运动总有一个运动过程,要经历一定的时间,否则其速度就是无限的。
科学实践告诉我们,即使具有最大速度的光,也不过每秒30万公里,所以脱离时间的物质运动是不可能的。
同样,物质运动也离不开空间,任何物体都具有体积,处于一定的位置,就是微观粒子,也有其微小的直径。
这足以说明物质运动也离不开空间。
另一方面,时间和空间离不开运动着的物质。
时间是靠物质在空间中的运动来度量的。
年、月、日等时间单位,是靠天体在空间中的运动来加以确定的。
同样,空间也是以物质在时间上的运动来衡量的。
现代科学对空间更精确的测量使用激光测长观测仪,其尺度可达到0.1微米之内。
脱离物质的运动,时间和空间就是只能在头脑中存在的空洞的观念。
时间和空间是运动着的物质的存在形式,与运动着的物质不可分离,而运动着的物质是客观的,所以作为其存在形式的时间和空间也是客观的。
但是,时间性和空间的客观性不是从它们与物质脱离的意义上,相反,正是从它们作为物质存在形式的意义上去理解的。
坚持时间和空间的客观性。
康德认为,时间和空间是人类戌直观中的先天形式,人通过它感知事物,给予事物以时间和空间,客观唯心主义者黑格尔不但认为时间和空间是绝对观念的产物,而且割裂两者,提出绝对观念外化为自然界,出现了空间,只有绝对观念达到精神阶段,才有了时间。
形而上学唯物主义,从另一个极端歪曲地理解时空的客观性。
如牛顿的时空观,把时间和空间同运动着的物质割裂开来,认为时间与物质运动无关,它绝对均匀地流逝着;空间是脱离物质的纯粹空虚的框子。
坚持时空的客观性,就必须反对唯心主义,又批判形而上学。
承认时间和空间的客观性,就意味着承认时间和空间的绝对性。
因为时空的绝对性是指它们作为运动着的物质的存方式,其客观实在性是不变的、无条件的,当然是绝对的。
而时间和空间的相对性首先是指它们的具体特性是随物质形态、特性的变化而变化的。
其次,人们的时空观念是承着认识的发展而不断深化的。
上述理由都是指可变性、有条件性,即相对性。
现代科学成就,特别是非欧几何和相对论,不仅证明了时间和空间的客观性,而且深刻地提示了时间、空间同物质的联系,时间和空间是绝对性和相对性的统一。
时间和空间的绝对性和相对性统一,还表现在它们是无限性和有限性的统一。
时间的无限性是指物质世界的一维持续无始无终,运动着的物质不能创造,也不能消灭。
空间无限性是指物质世界三维无论延伸向何处,都不会有尽头。
科学事实一再表明,宇观世界至大无外,微观世界至小无内。
时间的有限性是指每一具体事物之存在和发展过程都是有始有终的。
空间的有限性是指每一具体的事物总是有限的规模,处于特定的位置。
时空的有限性和无限性的辩证统一表现在两者相互依存、包含和贯通。
无数有限的时空的总和,构成整个宇宙无限的时空,而无限的时空既能通过有限的时空把自己表现出来,又把无数的有限包含于自身当中。
有限时空是不仅具体事物有着无限的层次结构,而且有限事物由于自身包含着的否定因素会使之辨证转化,从而超越有限趋向无限。
有限是有条件的、暂时的,因而是相对的;无限是无条件的、永恒的,因而是绝对的。
时空的有限性和无限性就是这样既有相互排斥又相互贯通。
二.牛顿时空观中的绝对与相对在《自然哲学的数学原理》一书中,牛顿写道:“绝对空间,就其本性来说,与任何外在的情况无关,始终保持着相似和不变。
”“绝对的、纯粹的数学的时间,就其本身和本性来说,均匀地流逝而与任何外在的情况无关。
”总之,在牛顿的时空观中,空间、时间和“外在的情况”这三者都是相互独立的,无关的,空间的延伸和时间的流逝都是绝对的。
在这种意义上可以说,在牛顿的体系中仍然含有亚里士多德式的绝对。
把“空间”设想成物体作机械运动的舞台和背景,是一种十分自然的抽象。
我们在日常生活中有这样的经验:在一个箱子中可以放进一定数量的东西。
这是箱子的一种性质。
可以叫做箱子的容积,也就是箱子的空间。
这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西(以及放不放东西)没有关系的。
在卖箱子的商店里,总是要标出26⨯20⨯10等等尺寸,之所以能这样标出,就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影响的本性这一点为依据的。
进一步我们设想箱子无限地扩大,这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间。
它就是牛顿的绝对空间。
牛顿是一个经验论者,他不能容忍在他的体系中存在先验的观念。
他认为:物理的实在必须是能被感知的。
那么,如何来感知他所规定的“绝对空间”呢?牛顿设计了一个理想实验,用来判断哪些运动是相对于绝对空间的绝对运动。
这就是著名的水桶实验。
若有一桶水,让它做旋转运动。
开始时桶壁旋转而水不运动,水与桶壁之间虽有相对运动,但水面却和静止时是一样的,是一个平面。
以后水逐渐被桶壁带动并且和桶壁一起旋转,此时虽然水与桶壁之间并没有相对运动,但水面呈凹形,桶边的水面略高,中间略低。
因此,即使在水与桶没有相对运动的情况下。
我们也可以判断出水桶体系究竟有没有相对于绝对空间的转动。
这个判据是:若水面平坦,则无绝对运动,若水面呈凹形,则有绝对的转动。
这就是牛顿提出的判别法。
到这里,牛顿的体系似乎已经很严整了。
然而事情并非如此。
在牛顿的力学定律(包括惯性定律)的表达里没有明确指明,所谓“静止”、“匀速直线运动”和“运动状态的改变”是对什么参考物体而言的.在牛顿力学中“力”是物体间的相互作用,这是与参考物体无关的,然而运动状态及其改变则与参考物体有密切关系.牛顿完全了解自己理论中存在的这一薄弱环节,他的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间,用以判断各物体是处于静止、匀速运动,还是加速运动状态.牛顿承认,区分特定物体的绝对运动(即相对于绝对空间的运动)和相对运动,也非易事.不过,他还是提出了判据.譬如,用绳子将两个球系在一起,让它们保持在一定距离上,绕共同的质心旋转,从绳子的张力可以得知其绝对运动角速度的大小.绝对空间在哪里?牛顿曾经设想,在恒星所在的遥远的地方,或许在它们之外更遥远的地方.他提出假设,宇宙的中心是不动的,这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来看,牛顿的绝对时空观是不对的.不过,牛顿当时清楚地意识到,要想给惯性原理以一个确切的意义,那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来.爱因斯坦认为,牛顿引入绝对空间,对于建立地的力学体系是必要的,这是在那个时代“一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路”.三.相对论的时空观相对论分为广义相对论和狭义相对论。
(一)狭义相对论及其时空观:狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。
爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理。
伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义。
牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的。
而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。
对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。
对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理。
在这篇文章中,爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。
这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的。
(1)狭义相对论时空观要点及来源:①同时的相对性:由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2),Δt’=0时,一般Δt≠0。
称x’/c2为同时性因子。
②运动的长度缩短:由Δx=Δx’/γ+vΔt,因测量运动的长度时必须Δt=0,则Δx=Δx’/γ≤Δx’。
③运动的钟变慢:由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2),因运动的钟在自己的参照系中Δx’=0,则Δt=γΔt’≥Δt’。
(2)狭义相对论时空观的具体分析:1、同时的相对性爱因斯坦认为:凡是与时间有关的一切判断,总是和“同时”这个概念相联系的。
按相对论的说法,在某个惯性系中同时发生的两个事件,在另一相对它的运动的惯性系中,并不一定同时发生。
这一结论叫做同时的相对性。
例如有两个闪电正好击中一列向东行使的列车的车头和车尾(对地面上的观察都而言),而位于列车中间的旅客则是不是同时看到两个闪电的呢?该问题其实告诉我们,Δt=0,Δx≠0。
则选择洛仑兹变换: t’= t-v x/c2 →Δt’=γ(Δt-vΔx/c2)=-vγΔx/c2。