學(xué)力學(xué)談時(shí)間

關(guān)于學(xué)力學(xué)談時(shí)間第一頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日經(jīng)過近3個(gè)月的學(xué)習(xí)，我們結(jié)束了力學(xué)這門課程。她給我們留下的不光是經(jīng)典的物理知識(shí)，還有今后物理學(xué)習(xí)牢固的基礎(chǔ)，以及對(duì)物理問題思考的方法，下面我就談?wù)勗谏狭肆W(xué)課之后，對(duì)時(shí)間的一些理解和想法。第二頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)于物理學(xué)來說，時(shí)間是一個(gè)基本的物理量，人們對(duì)時(shí)間的認(rèn)識(shí)和理解程度關(guān)系到時(shí)空觀的形成，關(guān)系到物理理論大廈的整體結(jié)構(gòu)。牛頓認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的，據(jù)此建立了古典物理學(xué)這座大廈，愛因斯坦認(rèn)為時(shí)間是相對(duì)的，據(jù)此又建立了相對(duì)論這座大廈。雖然相對(duì)時(shí)間的思想已經(jīng)得到當(dāng)今主流的認(rèn)可，但是，在人們心目中絕對(duì)時(shí)間的思想仍然占有一定的位置，我們對(duì)時(shí)間的認(rèn)識(shí)還不足以評(píng)判二者間的是非問題。

第三頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)間之聲召喚著無(wú)盡的理解直觀感覺告訴我們，時(shí)間就在我們身邊，我們對(duì)時(shí)間是很熟悉的。而當(dāng)你認(rèn)真思考這個(gè)問題的時(shí)候，你又會(huì)覺得時(shí)間離我們很遙遠(yuǎn)，我們根本不了解它。這種奇怪的感覺和思想困擾了一代又一代的科學(xué)家，這是理性與感性的一種背離。當(dāng)感性與理性產(chǎn)生分歧的時(shí)候，人們相信的往往是理性，而在時(shí)間的認(rèn)識(shí)上，我認(rèn)為是我們的理性出了問題，是理性脫離了感性，個(gè)體脫離了群體。第四頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)間的經(jīng)典理解

在楊老師的力學(xué)課本中,對(duì)時(shí)間概念的樸素說法是：時(shí)間是物理事件之間的的一種次序，用以表述事件之間的順序。當(dāng)然，這個(gè)定義不能作為一個(gè)令人滿意的理論定義，然而由于物理學(xué)是一門基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，時(shí)間在物理學(xué)中的使用并不受妨礙，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中我們并不追求他的純粹定義，而只需了解他們是怎樣量度的，從而在實(shí)驗(yàn)中正確地使用。經(jīng)典物理學(xué)中的時(shí)間概念是測(cè)度時(shí)間，而且是絕對(duì)坐標(biāo)系下的標(biāo)度時(shí)間。牛頓力學(xué)中的測(cè)度時(shí)間，起源于希臘科學(xué)。希臘科學(xué)把時(shí)間的測(cè)量與天球的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。牛頓力學(xué)對(duì)待時(shí)間的基本態(tài)度是，將時(shí)間作為一個(gè)基本參量加以應(yīng)用，而不是對(duì)它加以解釋第五頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日瞬間

古代科學(xué)把瞬間視為事物變化階段的自然臨界點(diǎn)，然而牛頓力學(xué)認(rèn)為各個(gè)瞬間是同質(zhì)的。經(jīng)典力學(xué)主張同時(shí)性的絕對(duì)性，同地兩事件的同時(shí)性很容易得到確證，但是異地事件的絕對(duì)同時(shí)性要求一種以無(wú)限大速度傳播的信號(hào)，否則不同地方的觀察者就會(huì)得出兩事件發(fā)生的不同次序。因此，存在瞬時(shí)信號(hào)和絕對(duì)同時(shí)性，絕對(duì)時(shí)空觀在邏輯上是一致的和相互支持的。如果有瞬時(shí)信號(hào)，那么每一瞬間對(duì)于世界上所有的存在物都是共同的，而且物體在不同參照系中測(cè)量得到的長(zhǎng)度必定一致，于是就可以理想化為質(zhì)點(diǎn)。瞬時(shí)信號(hào)的存在，構(gòu)成了牛頓力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)模型和普適瞬間概念的邏輯前提。第六頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日物理學(xué)中空間的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于時(shí)間中的“瞬間”。相對(duì)論，量子論和場(chǎng)論中質(zhì)點(diǎn)模型的失效，應(yīng)當(dāng)自然地導(dǎo)致“瞬間”概念隨之失效。真正的瞬間必定是包含“過去——現(xiàn)在——未來”的微小綿延，也就是在當(dāng)下的現(xiàn)在時(shí)刻滲透著過去和未來的小片段。第七頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)論對(duì)時(shí)間觀的影響測(cè)度時(shí)間的精致化！

盡管相對(duì)論的確構(gòu)成了對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)的革命，但是相對(duì)論中的時(shí)間，像牛頓力學(xué)中的時(shí)間一樣，依然是測(cè)度時(shí)間；在這個(gè)范圍內(nèi)，相對(duì)論大大修正了牛頓的時(shí)間概念，相對(duì)論時(shí)間實(shí)際上是測(cè)度時(shí)間的精致化。在相對(duì)論中，時(shí)間失去了牛頓力學(xué)中絕對(duì)時(shí)間的神秘性和不可觀測(cè)性，必須體現(xiàn)測(cè)度時(shí)間的本性成為可觀測(cè)量。

第八頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)例子：同時(shí)的相對(duì)性經(jīng)典力學(xué)主張同時(shí)性的絕對(duì)性，同地兩事件的同時(shí)性很容易得到確證，但是異地事件的絕對(duì)同時(shí)性要求一種以無(wú)限大速度傳播的信號(hào)，否則不同地方的觀察者就會(huì)得出兩事件發(fā)生的不同次序。因此，存在瞬時(shí)信號(hào)和絕對(duì)同時(shí)性，絕對(duì)時(shí)空觀在邏輯上是一致的和相互支持的。如果有瞬時(shí)信號(hào)，那么每一瞬間對(duì)于世界上所有的存在物都是共同的，而且物體在不同參照系中測(cè)量得到的長(zhǎng)度必定一致，于是就可以理想化為質(zhì)點(diǎn)。瞬時(shí)信號(hào)的存在，構(gòu)成了牛頓力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)模型和普適瞬間概念的邏輯前提。

第九頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日

然而，在物理世界中找不到以無(wú)限大的速度傳播的信號(hào)。狹義相對(duì)論假定，光速是信號(hào)傳遞的最大速度，因此，愛因斯坦選定光信號(hào)作為定義同時(shí)性的信號(hào)。不存在瞬時(shí)信號(hào)，意味著絕對(duì)的同時(shí)性是不可能的。愛因斯坦給出了異地事件同時(shí)性的一個(gè)操作定義。設(shè)C是AB的中點(diǎn)，A地和B地兩事件發(fā)生時(shí)各向C發(fā)一個(gè)光信號(hào)，如果兩光信號(hào)同時(shí)為C點(diǎn)所接收到，則說A地和B地分別發(fā)生的兩事件作為同時(shí)事件。第十頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于不同的參照系，光源的速度是不同的，若光速隨光源的運(yùn)動(dòng)而變化，滿足速度疊加原理，那么在不同的參照系中，光速在AC方向和BC方向上不可能相等。因此，為了在不同參照系中保證同時(shí)性的操作定義成立，光速應(yīng)該不隨光源的運(yùn)動(dòng)變化，而這正好是邁克爾遜——莫雷實(shí)驗(yàn)所暗示的。在有了異地事件的同時(shí)性操作定義后，我們很容易發(fā)現(xiàn)異地事件同時(shí)性的相對(duì)性：在一個(gè)參照系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，一般地說，對(duì)另一個(gè)參照系就不是同時(shí)發(fā)生的。第十一頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日這是怎么回事？難道直覺錯(cuò)了相對(duì)論使得大量的顯然的觀點(diǎn)變成了不完美甚至是錯(cuò)誤的，他顛覆著我們所謂的感覺。但是物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，世界各地每天無(wú)數(shù)的高能物理實(shí)驗(yàn)和天文觀測(cè)證明著相對(duì)論的正確性。在一個(gè)新的更完美的理論誕生之前，我們有理由相信小愛的理論，并讓他影響著我們的時(shí)空觀。第十二頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)問題為何時(shí)間是單向的？時(shí)間可逆嗎？第十三頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日在力學(xué)課本中我們得到一些啟發(fā)：時(shí)間反演：周期性變化體系(單擺、彈簧振子)只對(duì)周期T

及其整數(shù)倍的時(shí)間平移變換對(duì)稱。某些理想的物理過程，如自由落體，具有時(shí)間反演不變性。例如：牛頓定律。第十四頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日因果關(guān)系：原因中的對(duì)稱性比反映在結(jié)果中，即結(jié)果中的對(duì)稱性至少有原因中的對(duì)稱性那么多。時(shí)序的相對(duì)性與因果關(guān)系：

只有在下列兩種情況之一成立時(shí)，才會(huì)觀察到先果后因的現(xiàn)象：

（1）因果作用的傳遞速度超過光速。

（2）時(shí)間對(duì)于觀察者的運(yùn)動(dòng)速度超過光速。第十五頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日路還很遠(yuǎn)，我會(huì)繼續(xù)努力。在此感謝楊維纮