物理世界的空间尺度和时间尺度
时间与空间科学解释
人类对时空认识的过程 在物理学中，对空间和时间的认识可以分为 三个时段：经典力学阶段、狭义相对论阶段及 广义相对论。 在经典力学中，空间和时间的本性被认为是 与任何物体及运动无关的，存在着绝对空间和 绝对时间。 任何两个不同的惯性参照系的空间和时间量 之间满足伽利略变换 在这种变换下，位置、 速度是相对的，即相对于不同参照系其数值是 不同的：长度、时间间隔是绝对的，即相对于 不同参照系其数值是不变的，同时性也是绝对 的。相对于某一惯性参照系同时发生的两个事 件，相对于其他的惯性参照系也必定是同时的。
空间弯曲的解释
先让我们这样想象：在一 艘宇宙飞船里，有人在仔细观察附 近的一颗行星。这颗行星 的表面完全被深深的海洋覆盖着，因此有 着象台球那样的光 滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿 赤道线朝正东方向行驶着。 现在再进一步设想一下，这位观察者根 本看不见这颗行星，而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路 线时，他 会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己 的 出发点，从而描绘出一个完整的圆周。 假设得出的结论如果这条船改变路线，航道就会变得弯弯折折 的，不再是个简单的圆周。但是，不管它怎么察 者可能会推断出，这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上，而 束缚它的力正是指 向球体中心的重力。要不，他就可能会认为，这 条船被限制 在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的，而且弯曲 成一 个球形，从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说，我 们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。 你大概会认为 这是一种想象出来的局面，但实际上并非 如此。地球这颗行星是沿 着椭圆路线绕着太阳运行的，正象一条船在某个看不见的曲面上行 驶一样。至于这条椭圆路线， 我们是假设太阳和地球之间有一种引 力来解释的，正是这种引力使地球保持在它的轨道上。
初中物理空间尺度排序太阳系、火星
初中物理空间尺度排序太阳系、火星太阳系和火星是我们宇宙中的两个重要的天体。
太阳系是我们所居住的地方，而火星则是我们近邻的行星。
它们之间的尺度差异是非常巨大的，因此我们可以通过比较它们的大小、距离和特点来更好地了解宇宙的奥秘。
首先，让我们来看看太阳系的尺度。
太阳系是以太阳为中心的行星系，它包括了八大行星、几颗矮行星、无数颗卫星、小行星、彗星以及大量的太空碎片。
太阳系的直径约为287.5亿千米，超过了地球半径的109倍。
而整个太阳系的边界被定义为光行差，即光线从太阳发出到抵达最远行星的时间差。
因此，太阳系的大小是无法准确确定的，因为它延伸到无穷远的地方。
接下来，我们来看看火星的尺度。
火星是太阳系中的第四颗行星，也是离地球最近的行星。
火星的直径约为6794千米，比地球略小一半。
火星的表面积约为1443亿平方公里，是地球表面积的约1/4。
火星的体积约为163115亿立方千米，比地球的体积小约1/10。
火星的质量约为641.7亿亿公斤，约为地球质量的约1/10。
火星的边界直径约为6894千米。
与地球相比，火星表面的气压和重力都较低，气候非常恶劣，表面大多是荒凉的红色沙漠。
通过对太阳系和火星的尺度进行比较，我们可以发现太阳系的尺度远大于火星。
太阳系中的行星、卫星、小行星和彗星数量众多，它们之间的距离也非常遥远。
火星作为太阳系中的一颗行星，虽然比地球小，但依然有着自己独特的特点。
火星的地理环境、气候条件和生命存在的可能性一直是人们关注的热点。
为了更好地了解火星，人类已经派遣了多次探测器前往火星进行探索，并计划在未来将人类送上火星。
总结起来，太阳系和火星是宇宙中两个重要的天体。
太阳系拥有巨大的空间尺度，包括八大行星和无数的卫星和小行星。
火星则是太阳系中的一颗行星，虽然比地球小，但具有极具吸引力的研究价值。
通过研究太阳系和火星的尺度差异，我们可以更好地认识宇宙的无限辽阔和奥秘，也为人类未来的宇宙探索提供了更多的指导意义。
何为空间尺度
、何为空间尺度尺度的概念，通常被人们不加区别地仅仅用来表示尺寸的大小。
实际上，尺寸只是表示尺度上的物理数据，而尺度则指人们在空间中生存活动所体验到的生理上和心理上对该空间大小的综合感觉，是人们对空间环境及环境要素在大小的方面进行评价和控制的度量。
空间尺度是环境设计众多要素中最重要的一个方面，它的概念中包含更多的是人们面对空间作用下的心理以及更多的诉求，具有人性和社会性的概念。
尺度在室内设计的创作中具有决定性的意义。
在室内空间设计中如果没有对几何空问的位置和尺度进行限制与制定，也就不可能形成任何有意义的空间造型，因此从最基础的意义上说，尺度是造型的基本必备要素。
理想空间的获得，与它对应于人的心理感受和生理功能密切相关。
各种人造的空间环境都是为人使用，是为适应人的行为和精神需求而建造的。
因此我们在设计时除了考虑材料、技术、经济等客观问题外，还应选择一个最合理的空间尺度和比例。
二、影响空间尺度的心理因素所有的人类生命都生存于空间，不论建筑室内或是室外，空间不可避免地形成了对人们最为重要而又容易被人们所忽视的影响力。
人们不能脱离空间而独立存在，因而空问及其尺度应有助于人们对所处环境感觉合适，并且空间带给人们的感受也会极大地影响人身处其中的情绪。
同时，人们对其所处空间的形式、大小、色彩等方面的处理也是要尽可能地合乎使用者的内心需要，从这个角度上说，一个空问最终的成形主要依靠人们自身的兴趣和品味。
因此，人与空间尺度之间更多的是一种心理上的感受与关联，人的心理需求是空间尺度确立最重要的因素。
..1．领域性心理。
领域性行为原是动物在环境中为取得食物、繁衍生息等的一种适应生存的行为方式。
人类固然与动物有本质区别，但在室内环境中的生活、生产活动，也总是力求不被外界干扰或妨碍。
不同的活动有其必需的生理和心理范围与领域，人们不希望活动空间轻易地被外来的人与物所打破，这就是人们的领域性心理。
基于这样一种心理因素，当人们处于不同的环境中时，个人的空问距离会有非常明显的变化。
运动空间和时间
例如：“山不转水转” “月亮在白莲花般的云朵里穿行” 一战飞行员徒手抓子弹
同一物体，选择不同的参考系，其运动状况可能不同。
参考系的选取，应使物体运动的描述尽量简洁，方便。
二. 空间位置的描述
直线运动：一维坐标系
(x1=-3)
(x2=4)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
x/km
平面运动：二维直角坐标系
y/km
4
3
(x=3km,y=4km)
2
1
01234
x/km
空间运动：三维直角坐标系
y/km
GPS信息窗
z/km
x/km
三. 时间的描述
运动都要经历一定的时间。引入时刻和时间间隔（简称时
A、飞行员反应快 B、子弹相对飞行员是静止的 C、子弹已经飞行的没劲了 D、飞行员有手劲
2、在有云的夜晚抬头望月，觉得月亮在穿云
而过，这时选取的参考系是（ ）
A．月亮
B．云
C．地面
D．星星
3、 飞机投弹
4 、分别找出下面几句话中作者所选取的参考系 A．坐地日行八万里； B．小小竹排江中游，巍巍青山两岸走； C．山不转水转，水不转路转，路不转云转； D．汽车开动了，请大家不要动; E．喜马拉雅山的高度是8888米。
2、同一时刻在不同地方的时钟显示
间）两个概念.
时间轴
=t1=9小时40分50秒
=t2 =9 11小时42分10秒
t1=15日09时0分0秒 t2 =15日18时40分50秒
t3 = 16日06时23分0秒
时刻表示一瞬间，在时间轴上表示为一个点，符号表示为tn
物理学
研究方法
物理学的方法和科学态度：提出命题 →理论解释 →理论预言 →实验验证 →修改理论。
现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，它的产生过程如下：
●学习物理的方法
著名物理学家费曼说：“科学是一种方法。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，了 解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表 面现象？”著名物理学家爱因斯坦说：“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把 专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的 道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。”
其次，物理又是一种智能。
诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发 现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要 的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独 特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。
●量子力学（quantum mechanics）与量子场论（quantum field theory）研究微观尺度下物质的运动现 象以及基本运动规律。
此外，还有：
粒子物理学、原子核物理学、原子与分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理 学、地球物理学、生物物理学、天体物理学等。
5.预测性：正确的物理理论，不仅能解释当时已发现的物理现象，更能预测当时无法探测到的物理现象。例 如：麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在、卢瑟福预言中子的存在、菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮 斑、狄拉克预言电子的存在。
物质世界的空间尺度图谱
一
中 子 和 电子 这 么 简 单 吗 ？ 要 回答 清 楚 这 个 问
题 ，我们不得不 对 物质世 界 的空 间尺度 进行 较 为深 入 地 探 讨 ．
２ 现 有 的结 果
幅 度 降 低 ，可 节 约 大 量 的 能 源 （ 能 、耗 材 影变得极其 方便 ．它 的成功将 会 把摄 影技 术 电
等） ，并有较 长 的使 用寿命 ，属 环保 形产 品 ， 的 发 展 带 人 一 个 辉 煌 的时 期 ．
・
４５ ・
维普资讯
建立物质世界的空间尺度图谱远不如建立电磁波谱那么简单以人为本人们在认识物质结构时沿宏观方向人们的目光可以拓展到茫茫宇宙而宇宙在不断地膨胀着
维普资讯
第 １ Ｏ卷 第 ２期 ２０ ０ ２年 ６月
技
术
物
理
教
学
Ｖ０ ． Ｏ Ｎｏ ２ 】１ ．
ＴＥ ＣＨＮＩ ＡＬ Ｃ Ｐ ＨＹＳ ＣＳ Ｉ ＴＥ ＡＣＨＩ ＮＧ
第 识 到可见 光 ，那 只是 整 个 电磁波 谱 中 十分狭 小 的一个频 段一样． 电磁波谱如下 图 ：
可 见光 无线 电 渡 微 渡
： ｘ 射线
（ ） 轻子 ：包括 各种 中微子 、ｅ 等． ２
（ ） 夸 克 ：包 括 ｄ 、ｓ 、ｂ 等 ． ３ 、Ｕ 、ｃ 、ｔ 基本粒 子 的主要 性 质包括 静 止 质量 、 自
鬻 ‘二 ： ： 曼． ｉ 二 墼 ． ： ．
一 一 一 １一 １－ １４ ｌ 面 ０ ０ ０ ｏ ２ １４ １－ 波长（ ） ０ ０ｏ １ ｍ
旋 、电荷 、寿命 ． 从 １ ｍ 到 １ 例 ｍ，还 要 迈 数 千 万 ０ ０。
物理学对物质世界的基本认识
从量子场论观点看，量子场才是物质的基本形态。各种基 本粒子都可以引进相应的量子场，量子场是具有波动性和粒子 性相结合的客体。场的最低能态称为基态，其他能态为激发态。
量子场的激发表现出相应粒子的产生，退激表现出粒子的 湮没。互为复共扼的两种激发态表现为动量和质量相同的正、反 粒子状态。量子场可分为三种基本场即实物场、媒介场和希格斯 场。实物场所属的粒子有夸克和轻子（包括电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子）。媒介场所属粒子有光 子、胶子、引力子和 W+、 W-、Z0粒子。希格斯场所属粒子是希格 斯粒子，希格斯粒子的作用是负责给所有粒子提供质量。所以， 物质存在归结于场，物质粒子是场的一种特殊形态。如电子和正 电子从属于电子场，是电子场的量子。电子场的激发表现为正电 子和电子的产生，电子场的退激表现为电子和正电子的湮灭。退 激的能量又使电磁场激发，产生一对光子。光子从属于光子场即 电磁场，是电磁场的基本粒子。其他物质粒子类似，是它们所从 属的量子场的激发，量子场的量子即粒子。量子场是基本的，粒 子是派生的。断续的粒子和连续的场统一于既有微粒性又有波动 性的量子场中。
8.1.2 物质存在的基本形态 人类对物质的认识，首先是“实物”即原子、分子组成 的各种固体、液体和气体，有固定的质量，看得见，实实在在。 场是除实物以外的另一种物质实在。
目前认识的物态有固态、液态、气态、等离子态、超密度 态、反物质态和真空态7种。固、液和气态是常见的。等离子态是 由足够数量的正负带电粒子组成、运动受电磁力支配的物态。它存 在于电弧、日光灯、高空电离层和极高温度下的物体系统（如热核 反应）中，也是宇宙物质存在的主要形式（恒星内部）。晚期恒星 的物态是超密度态,如白矮星密度高达105～106g/ Cm3,中子星密度 更高达1014 —1016 g/cm3。 反物质态是由反粒子构成的物态，如反质子和正电子组成反氢原 子。真空态是物质存在的最低能态，物理意义上的真空并非“一 无所有”。此外，在宇宙中还存在有大量的暗物质。暗物质可分 两类:一类是利用天体发射、吸收、反射、折射或散射电磁波的特 性，可探测到的天体物质，因为太远或辐射太弱而看不见。另一 类是不会发光而与电磁波无缘的物质，它们对各种波长的光是完 全透明体，但具有万有引力,这才是真正的暗物质。这类暗物质占 宇宙总质量的95%以上。
空间与时间对比敏感度是你看到一个模糊世界的关键衡量尺度吗？
１４ ２ 国家医疗保健器具工程技术研究 中心 ； ３ － 广东省医用电子仪 器及 高分子材料制 品重点实验室 ２ ３ ４
Ｉ ｖ ｓｉ ａｉｅ Ｏ ｈ ｌ ｌ ｌ ｇ ｎ ｅ ｔ ｔ ｐ ｔ ａ ｍｏ ｏ ｙ＆ Ｖｉｕ ｌＳ ｉｎ ｅ Ｍａ ｃ ０ ３ Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ ｇ ｖ ｌ ｓ ａ ｃｅ ｃ ． ｒ ｈ ２ ０ ， １ ４ ， ．
从 传统 的观点来 看 ，视觉发育 被认为在生命早 期 已经结
束 ，这样 ，基本视 觉功能在婴儿 时期建立后 ，就会 让认知发
信 噪比限制 ，而不是皮层 交互 的绝对距 离 （ ‘ 组成轮廓元 素间 的所有距离 都被 限制 ：如 果高于 ９人距 离 ，组成轮廓 的元素
数 目就会太小 ，从而不能提供可 比较的条件） 。结果暗示长距 离空 间交互 一虽然可 能只在早 期出现一 它们的空 间距 离在成 人水平并没有作用。
Ａ ｓｃａ ｏ ｒ ｅｅｒｈｉ ｉｏ ｎ ｐ ｔａｍ ｌｇ （ ｓ ｉｉｎｆ ｓａｃ Ｖｓ ｎａｄＯ ｈｈｌ ｏｏｙ 由于篇 幅有 限，实验程序省 略） ｏ ｔ ｏＲ ｎ ｉ 目标 ：一直都有所记 录的事 实是 ：弱视者的视力和对 比敏感度在高空间频率下都被 削弱，这就显示 了弱视者看东西应该是 模 糊的。因为他们没有反 映足够清 晰边角所必需 的高空 间频率的资料。在 我们 的研 究中，我们用模糊辨别和模糊配对的任务来 探索弱视者的模 糊视 觉表 现。方法 ：我们测量 了单眼模 糊辨别 的阈值 ，受试者要 求辨别那 一边 的边 界 （ 左或右） 没那 么模糊 。 他 们 同时 用 两 眼分 视 的方 法用 好 眼把 边 界 调 整 到 与差 眼看 的 视标 （ 目标 图） 相 同 的模 糊 度 。结 果 ： 弱视 眼和 健 眼的 模 糊 辨 别 阂 值 都有所升高，但 两眼配对 的阈值就在正常 范围内。总结 ：结果显示弱视 者视 觉系统里的不确切视觉表现有模糊的现象。但 令 人惊讶 的是 所有 弱视者 ，甚 至那些重度患者 ，都能正确配对所有的模 糊边 界 ，包括 最清 晰的边界 。这就 暗示了弱视者能正确反 映一定 程度 的模糊 ，并定义这 一模糊程度 的空间结构是超 出他们的辨别能力的。