第九节 时间的物理本质
庄子曰：“人生天地之间,若白驹过隙,忽然而已。”。
大意是人的一生太短暂了,忽然间就过了，白驹过隙指的是形容时间很短,眨眼就过。
每天我们都会不止一次地提到“时间”这个词，“现在几点了？”，“什么时间开始？”，“多长时间？”
什么是时间？时间是对运动过程的量化，是表示运动过程长短的物理量。如何量化？具体地说，是通过对某一具体运动周期的计数来对运动过程进行的量度。因此，时间的物理本质是一种特殊的周期运动。
时间是对运动过程的量化，这种量化的基准是某种周期运动的周期长短，量化的方法是对周期的计数，计数又只有从小到大一个方向，因此时间是一维的。
一、时间单位的周期性
具体时间单位都分别对应着一种特殊运动的周期。例如年、月、日，分别对应着地球绕太阳转动、月球绕地球转动和地球自转的周期。年、月、日的多少则是对相应的运动周期进行计数。
二、时间的单向性和不可逆性
运动周期的计数过程是从小到大的顺序进行的。众所周知，计数过程具有单向性和不可逆性，已经计数的是过去，正在计数的是现在，暂未计数的是将来。因此，时间具有过去、现在和将来的单向性和不可逆性。
三、时间的连续性和无限性
由于对过去运动周期的追溯和对未来运动周期的计数是连续的和无限的，时间也是连续的和无限的。也就是说时间既没有开端，也不会终结。
四、时钟的结构
时间的量度正是通过对一个具体运动周期的计数来实现的。所有测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对运动周期多少进行计数的机构所组成的。例如，一个机械手表里有一个作周期运动的摆轮和对其摆动周期进行计数的时分秒齿轮计数机构。
五、时间的相对性
时间不是绝对的而是相对的。这是因为选作时间基准的特殊的周期运动会受到其它因素的影响，其运动周期之间并不是绝对地保持不变。例如，精确测量表明：年、月、日的周期都在不断地变化，有时变快，有时变慢，总的趋势在变长。它们之间的变化也不成比例。根据对古珊瑚虫化石以及当今珊瑚虫的年轮和日生长线的研究表明，晚石炭纪的珊瑚化石每年平均有385—390条生长线，而现代珊瑚在一年的生长期中约有360条生长线。也就是，晚石炭纪一年约有385—390天，而目前一年约是360天。
特别地，每种具体的物体或其周期运动都有一定的寿命，无论其寿命多长。若作为某种时间基准的物体或其周期运动消失了，那么这种具体的周期运动也就根本不存在了。我们必须选取新的时间基准。因此，绝对不变的运动是不存在的，绝对精确和永恒的钟是不存在的，牛顿的绝对时间也是不存在的。
六、时间与运动的不可分割性
时间和运动是不可分割的。离开物质运动的时间和没有时间的物质运动都是不可能存在的。
首先，时间离不开物体的运动。时间只是形式，它总是以物质运动为内容的。如果说什么事情都没有发生过，那就是没有经历时间，也就是没有这种现实的时间。
从时间的量度也可以说明时间离不开物质的运动。时间是以物质在空间中的运动来度量的，例如，地球绕太阳公转一周就是一年，地球绕地轴自转一周就是一天。可见，离开物质的运动，时间是不可思议的。
同样，物质的运动也离不开时间。物质的运动不能没有时间的形式。如果说某种东西过去没有、现在没有、将来也不会有，那就是不存在于任何时间中的东西，也就是根本不存在的东西。肯定了时间物质运动不可分，也就肯定了时间的客观存在性。时间是运动着物质的存在形式，它们同物质运动一样是客观存在的。
七、绝对时间是不存在的
牛顿经典力学的绝对时间是机械论时间观的典型代表。牛顿的所谓“绝对时间”，就是把时间看成是同物质运动无关的绝对均匀流逝的纯粹的持续性，时间就象川流不息的河流，发生什么事也好，不发生什么事也好，发生这样的事也好，发生那样的事也好，它总是均匀地流逝着，一句话，时间同物质的运动是无关的。 显然，牛顿经典力学中的绝对时间是不存在的。但绝对时间是可以抽象的。
八、时间与空间的关系
时间和空间是从不同的侧面和运动相关联的。空间是从位移的角度和运动相关联，时间是从过程和运动相关联。位移和过程是两个相互独立的属性，因而时间和空间也是两个独立的概念。也就是说，时间和空间除了和运动相关联外，再没有其它的关联。
空间、时间和质量是与速度的大小无关的。那种认为时间随着速度的增大而变慢，尺子随着速度的增大而变短，物质的质量随着速度的增大而变大的说法是没有道理的。这种根据迈克尔逊试验而推导出来的东西，是因为迈克尔逊试验有以太对光是流体的假设。实际上，因为光的频率很高，以太对光好象固体一样。
九、时间、空间和运动的关系
如果对象的运动速度用v来表示，对象的空间位置用S来表示，对象的时间位置用t来表示，那么运动速度等于对象的空间位置变化（对象的位移）与对象的时间变化(位移所用的时间)的比值。这里的运动和位移是有方向的矢量。
即： v = S2 - S1 / t2 - t1 = S / t
1、不难看出，速度是对运动的量化。因为速度的方向就是运动的方向，速度的大小可以看成是运动的大小，运动和速度有完全相同的意义。因此物体的运动完全可以用其速度来表示。
2、 如果S2 - S1 = 0，则v = 0，运动没有发生。t2 - t1也不能为零，否则就没有意义，也就是说运动只有在不同的时刻才能作出判断，否则就没有实际意义。只有S2 不等于 S1 ，t2 也不等于 t1运动才有意义。因此，运动必须具备空间变化和时间变化这两个要素才行，单独一个要素并不能描述运动。
通过物体的运动把空间和时间联系了起来。在这里空间是与位移相关联的，时间是与运动过程相关联的，时间和空间各自独立，它们之间并不存在任何关系。
3、运动和空间、时间的关系是：运动等于对象的空间变化与相应的时间变化的比值。
十、度量时间的工具和基准
时间度量的工具是钟。测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对其周期多少进行计数的机构所组成的。
在远古时期，人类以太阳的东升西落作为时间尺度；公元前二世纪，人们发明了地平日晷，一天差15分钟；一千多年前的希腊和我国的北宋时期，能工巧匠们曾设计出水钟，精确到每日10分钟误差；六百多年前，机械钟问世，并将昼夜分为24小时；到了十七世纪，单摆用于机械钟，使计时精度提高近一百倍；到了20世纪的30年代，石英晶体震荡器出现，对于精密的石英钟，三百年只差一秒。
自十七世纪以来，天文学家们以地球自转和世界时作为时间尺度：当地球绕轴自转一周，地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。1820年法国科学院正式提出：一个平太阳日的1/86400为一个平太阳秒，称为世界时秒长。
由于地球自转季节性变化、不规则变化和长期减慢，所以世界时每天只可精确到1×10-9秒。
1953年世界上第一台原子钟研制成功。1963年13届国际计量大会决定：铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为1秒。此定义一直延用至今。
十一、什么是时空
因为空间只是某一瞬间实空和虚空的图象，它是静止的。因此要全面地认识自然界，还必须考虑到实空的运动。这种考虑到实空和虚空不断变化的活动图景称为时空。如果用公式来表示就是：
时空 ＝ 空间 + 时间
空间是反映物质的存在性，时间是反映物质的运动性。它们是物质两种不同的基本属性。
由物质不灭可知，自然界是永恒存在的。由一切物质都在不停地运动可知，自然界是永恒运动着的。因此，自然界既无起点又无终点。也就是时间无始无终。
十二、两种时空观
在牛顿力学中，时间与空间是绝对的。即：空间是绝对的——空间任意两点的距离与惯性系的选择无关；时间是绝对的——事件（过程）持续的时间与惯性系的选择无关；同时性是绝对的——同时发生的两个事件，在所有的惯性系中观察都是同时的；质量是绝对的——物体的质量与惯性系的选择无关。这一时空观与人们的经验是完全相符合的。
而狭义相对论时空观认为：时间是相对的，运动的时钟延缓——时间膨胀（钟慢）效应；空间是相对的，运动的尺度缩短——长度收缩效应；同时性是相对的——同时发生的两个事件，在不同的惯性系中观察是不同时的；质量是相对的，质量随着运动速度的增加而增加。这一时空观与人们的经验是完全不相符合的。这一时空观错在哪里呢？
这是根据迈克尔逊试验而推导出来的东西，迈克尔逊试验中有这样一条不言而喻的原理：以太对于光来说是一种流体。于是有人把迈克尔逊试验的设计原理作了这样的类比：光在以太风中的运动好似小船在河流中的运动，光好似小船，以太风好似流水。由于速度相同的两只小船，一只在河流中往返横渡的距离和另一只在同一河流中上下来回的距离相同，计算的结果显示它们所花的时间有所不同。同样的计算，光在通过在地球运动方向上两个互相垂直的相同距离所用的时间也应当不同。在迈克尔逊的试验中，设定了合适的尺寸，只要把仪器转动90°，根据计算就会产生一定的光程差，从而观察到0.4个的干涉条纹的移动。
但试验的结果是干涉条纹没有任何移动，后经多次重复试验结果仍然相同，后来把这个没有条纹移动的现象称为“零结果”。并认为这一结果否定了以太漂移，否定了“以太风”。以太风不存在，以太当然也就不存在了。
人们普遍认为：固体永远是固体，流体永远是流体。但是这个成见对光的传播来说并不成立。
光实际上是往复涡旋振动在以太介质中的传播。以太介质在往复涡旋振动时，所受力矩是交变的，当交变力矩的频率太快，介质向一个方向受力转动后，几乎马上又要受同样大的力矩向相反方向转动，介质因惯性的缘故根本就来不及作这样的转动，于是，流体介质的微粒象固体分子一样只在平衡位置振动而传播波。此时传播波的地方的介质的流动性自动消失了，或者说此时传播波的介质变硬了。这里所谓的“硬”，实际上是指介质微粒的转动范围小到和固体分子转动范围一样，光在流体以太介质中的传播就变成像在固体中传播一样。这就是高频率的光致使以太变硬说。光在以太介质中的传播象在固体中传播一样，就说明没有流动的以太风，于是迈克尔逊试验所有的计算都是错误的，正确的计算是没有干涉条纹移动的零结果。我们就用不着去作那个洛仑兹假设了，也没有什么尺缩钟慢质增了。
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