時空坐標系

時空坐標系

時空坐標系(Space-Time Coordinate),由物理學中四維尺度,即長度、數量、溫度和時間而建立的坐標系即為時空坐標系。

在某一參考系中可建立四維正交時空坐標軸T、X、Y、Z構成的時空坐標系。  (1) 時空單位  可令h、i、j、k分別為沿T、X、Y、Z軸正時空方向的單位矢量。  在此所建立的一維時間坐標軸T,與空間坐標系相互垂直,雖然在空間坐標系中體現不出時間單位矢量h的方向,但在時空坐標系中卻可體現出時間單位矢量h的方向,與空間單位矢量i、j、k均相互垂直。  在國際單位制中,時間坐標單位與空間坐標單位分別為秒(s) 、 米(m)  在時空坐標系中,時間坐標單位與空間坐標單位可統一為相同單位。  設光波沿空間X軸方向傳播。依據光速不變原理,在場強為零的均勻加速場中傳播的光速恆為C,則可表示其在空間X軸方向傳播的空間距離與在時間T軸方向流逝的時間間隔是相同的。  可以理解:光速C即為時間坐標單位與空間坐標單位之間的變換當量,可稱為時空單位當量:  C = ΔX / ΔT (2—5)  若採用SI制時  C = 3 × 108 m / s  若採用統一時空單位時  C = tanθ= | i / h | = 1 (2—6)  此時光波時空曲線OP與時間軸T或與空間軸X所成時空角均為π/ 4:  θ = π / 4  φ = π / 4  (2) 時空移 在加速場中的檢驗物質系,相對於時空坐標系產生的時空坐標變化量,可稱為時空移S , 時空移為時空矢量。  時空移S在時間坐標軸T方向與在空間坐標系中位移K方向構成的二維時空坐標系中可分解為時間分量S t與空間分量S k , 在此,時間分量S t、空間分量Sk分別為:  S t = t = Scosθ  S k = k = S cosφ (2—7)  式中θ、φ分別為時空移S與時間軸T、空間坐標軸K所成的時空角。  時空移S在空間坐標系中可分解為空間分量Sk ,空間分量Sk在空間坐標系中為空間矢量,即位移矢量K,位移K又可在空間坐標軸X、Y、Z中分解為空間坐標分量Kx、Ky、Kz ,  時空移S在時間坐標軸T中可分解為時間分量S t,時間分量S t在時空坐標系中與時間單位矢量h具有相同時空方向,即可稱為時間矢量,但在描述物質系空間運動時,作為坐標時間t體現不出空間方向,故通常在空間運動中將時間分量t稱為標量。  時空移S可表示為:  S = S t + S k  S = S t h + Kx i + Ky j + Kz k (2—8)  時空移S與T、X、Y、Z各軸間夾角的餘弦值可分別表示為:  cosθ= S t / S  cos φx = Kx / S  cos φy = Ky / S (2—9)  cos φz = Kz / S  其中: S = 為時空移S的絕對值。

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