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“同时”概念辨误 与 国际标准中的两种不同的“同时”
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2014/12/28 13:52
点击:9262次

同时,是日常生活中经常用到的词汇,但物理中的“同时”概念,与日常用的同时相去甚远,很多人却不知其中的不同,在此特别指出以正视听,请不要再有人拿日常生活中的同时概念在这里讨论了。

现代物理是以数学为基础的。而数学是及其严谨的。

例如,点也是常用词汇,例如一种笔画,而数学中的点则是无大小的,或者为了更准确的理解,应该说是零大小的。但有人则以几何书中的图错了吗?来否定点的无大小的概念。而我们只需要放大N倍,几何图当然是可以放大的,就可以将有大小的点放大到任意大小,远超出人们可接受的点的大小,这样就可以使坚持点有大小的人放弃他们的坚持。只有无大小的点,不论放大多少倍,仍然是无大小的点。

一个同时问题的例子。假如,钟表店中有两只走着的钟表,如果分秒不差,而且秒针同时跳动,那么我们会说这两只表非常准,他们指示的应该就是是同时。不过这里的同时也只是日常生活中的同时,与物理中的同时概念相去甚远。物理中的同时,也是要用数学概念的。

时间是一维的,因此可以用线表示,当然也包括点。而同时是指,两个相对静止的空间点(为了便于理解,用两个时钟表示),两个空间点的对应的时间,分别是一条直线,也就是可以用两条平行线表示这两个空间点的时间。而两个空间点的同时,是两条表示时间的平行线上的两个时间点的同时,是一个时间点对一个时间点的同时。时间点也是没有大小的。虽然理论上如此,但物理学又是实验科学,在实验中仍然有精度和误差的限制。涉及实验的同时,只能在精度和误差许

可的范围内进行,这又与理论上无大小的点相差太远了,但有些问题仍然是可以通过实验,在精度和误差允许的范围内给出清楚说明的。

t'=γ(tvx/c2) 是洛仑兹变换中的公式之一。这里涉及两个相对运动的参考系。假设X轴上有两个空间点A,BA为原点,设在某时间点,A点的tt'均为0,则根据洛仑兹变换上面的公式,B点的t=0t'=0则可能是两个时间点,它们之间可以有一个时间差。上面的公式取t'=0,得 t=vx/cc= x/c* v/c  其中的x/c是光通过A,B间距离的时间。因此,在B点,t=0t'=0的时间差小于或远小于光通过AB两点所需的时间,取决于V的大小。

回到钟表店的例子,改变单位可以得光速为0.3m/ns,光通过两个钟表所需时间可用ns记数,而t=0t'=0之间的时间差则远小于ns 。而只精确到秒的精度,根本无法分辨t=0t'=0之间的时间差,更不用说讨论两个钟表之间是哪种同时了。

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[楼主]  [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2014/12/29 22:39 

帖子发了半天才显示出来。开始还没看见,还在考虑如果再不出来,是不是要再发一遍。
帖子原来就准备分两次发上去,前半部分发出后,我想可能会有很多人反对,并准备争论一番的。
或许大家更愿意看后半部分吧?因此不发表意见,那我就要加紧写后半部分了,争取不让大家失望。
[楼主]  [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/06 21:40 

后面部分,国家标准中的两种不同的同时,我发了两次,都被长时间审查,结果都是莫名其妙的不知去向了。
请各位再等一下。
[楼主]  [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/06 23:41 

地球上使用的国际标准时间,是全球统一的时间。原来是格林威治时间,后来用更标准的UTC。虽然广义相对论认为在非惯性系中没有统一的时间,但在地球这个旋转参考系中,并不妨碍我们采用统一时间。而这个统一时间,实际上与ECI(地心惯性系)在时间上,至少是在“同时”上是完全一致的。或者说,采用的是惯性系S中的t 所给出的同时。
然而,并非所有的国际标准都采用这样的同时。最明显的例子,是长度米的国际标准,被定义为:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。当然这里规定的米也是要涉及的同时的。米是标准长度单位,标准的长度当然也是不变的。在这种标准的规定之下,从两个方向通过1米的光所用的时间也是相同的。通过改变“同时”,是能够在相对静止的两点之间满足这一要求的,这里的同时就与前面的UTC给出的同时不同了。这是ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed){地心,固连于地球}这一旋转参考系的一个局部,可以用S’中的t’ 表示的同时。这就是国际标准中的两种不同的同时。
既然在地球表面附近t’ 表示的同时,两个方向有相同的光速,那么对于不同的同时, S中的t 所表示的同时,两个方向就有不同的光速。只不过专家们只是避免这么说而已。实际上就是有不同的光速,如果采用UTC 规定的同时的话。一个实验,西安-东京 利用同步卫星的双向时间传递实验 就是采用UTC时,两个方向有不同光速的证明。实验采用了ECEF参考系中的三个静止的点,西安---同步卫星---东京,信号通过的路程是不变的,但两个方向所用时间却有87ns的时间差。对于这一特定线路,只需将东京的时钟调慢87ns就可以消除这一差值。87ns的时间,只是光速信号传播26米所用的时间。可以假设东京标准时钟发出时钟信号,以光速经过26米到达一个子标准站,在子标准站中以收到的标准时钟信号为标准时间,把假设标准时钟和子标准站但卫星地面站的距离和信号传输时间是相同的,则子标准站与西安通过卫星的双向时间传递,78ns的时间差就没有了。西安的标准时钟与东京的时钟间的不同的同时,就只有这么一点差别。
78ns是Sagnac效应,与两点间的直线与通信线路围出的面积在赤道平面的投影有关。如果西安与东京之间不是通过通信卫星,而是其他方式进行通信连接,则Sagnac效应还可以比78ns小很多。
更重要的是,不同的国际标准是在同一个参考系(ECEF)中使用两种不同的同时,而与不同方向长度的度量无关。
 [5楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/01/07 12:49 

长度或距离一定,不同方向的光速通过所需的时间不同。所以你说的这种同时是人为定义的相对“同时”,不是真正的同时。
这就是中国人和日本人都可以规定晚上10点睡觉,这是相对同时;但实际上是不同时的,其中日本人睡的比我们早。
 [6楼]  作者:hudemi  发表时间: 2015/01/08 08:02 

对【4楼】说:

你讲得挺好,挺有道理,我完全认同。但我不太知道为挑战相对论能带来什么?
 [7楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/01/08 11:39 

自然的同时是绝对的,但也可以人为规定“同时”。
比如从北京发出一个信号,全国各地从收到信号起开始行动。这也叫“同时”。
从北京发出一个光信号,全世界各地的时钟从收到信号的时刻再减去光传播的时间后也叫“同时”。
[楼主]  [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/08 21:24 

[6楼] 作者:hudemi
挑战相对论,首先要对相对论有正确的认识。通过曲解再否定是完全没有意义的。
挑战相对论应该建立在正确而深入的认识之上,在深入理解的基础上,通过各种不同角度的分析,是可以找出相对论与客观规律不符之处的。
这里提出的国际标准中的两种不同的同时,实际上已经执行了很多年,有些人是清楚的,但他们不这么说。但由于没人说,很多人也就不清楚。一个参考系中有两种同时,这本身就与相对论的某些叙述相矛盾。这也告诉我们,使用UTC规定的国际标准时间的同时,不同方向有不同的光速是必然的。只不过是专家们一般会避免这样说而已。
本来国际标准就隐含了这样的内容,知道的人不说,恐怕也不会有人反驳吧。
 [9楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/09 01:38 

能够认识到不同的同时,这种意识非常好,只不过细节上还存在不少欠缺,“与不同方向长度的度量无关”更是无从谈起。

细节决定成败,一点错可能引起整体认识的偏差,希望刘先生多注意细节。
[楼主]  [10楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/09 01:40 

[7楼] 作者:马国梁

自然的同时是绝对的,但也可以人为规定“同时”。
比如从北京发出一个信号,全国各地从收到信号起开始行动。这也叫“同时”。
从北京发出一个光信号,全世界各地的时钟从收到信号的时刻再减去光传播的时间后也叫“同时”。
---------------------------
前面一种同时,就是日常生活中的同时。这与物理的同时相去甚远,不应混为一谈。后面一种“自然的绝对的”同时,首先要知道“光传播的时间”也就是要先解决光速是不是常数的问题。在没有解决这些问题之前,如何确定“绝对的”同时?而且是自然的。
 [11楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/01/09 21:03 

爱因斯坦相对论就是先假定光速不变来修改同时,然后再根据这种同时去证明光速不变。
 [12楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/10 14:52 

[楼主] [8楼] 作者:jiuguang

在ECEF坐标系中,从一个固定点同时发出的两个光信号沿相反方向绕地球一周返回,即使在ECEF坐标系中经过路线轨迹完全相同,也不能保证两个光信号同时返回出发点,这就意味着在ECEF坐标系中光回路速度不变是不成立的。因此,在ECEF坐标系中,无论你如何设计时空计量,都不能使得不同方向的光速相同。

即,严格说,ECEF坐标系不是惯性系,存在Sagnac效应,不具有光速各向同性的计量规划条件,你给出的ECEF坐标系“不同方向有不同的光速”是成立的。但是,一个坐标系下无论有多少个不同的“同时”约定,都不是对相对论所说相对同时的否定。有一句话你说的非常好:“挑战相对论,首先要对相对论有正确的认识”。
[楼主]  [13楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/10 18:48 

[9楼] 作者:sxgdyl
国际标准中,虽然没有明文说明,但确实包含了两种不同的同时。
不过我们没看到国际标准中不同的同时与长度度量之间有什么关系。请宋先生解释一下。
[楼主]  [14楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/10 19:36 

[11楼] 作者:马国梁
正是如此。问题是在一般情况下,并没有其他规定同时的自然的方法。对称的情况除外。
 [15楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/10 23:08 

“自然的同时是绝对的”,这是一个非常普遍而又非常糟糕的认识。很多人头脑中都有这样的一种“同时”理念:必然的、绝对的、与人无关的。

这个所谓的“自然的同时”是人们心目中集各种优点、期望于一身的理想概念,而且还是一个模糊的、说不清的、多义的概念。但不论如何,作为概念永远都具备主观和客观双重特性,而不是与人无关。

有人说,我说的那个“同时”或“同时事件”是客观存在的,与人没有关系,必然叫做“同时事件”。不要忘了,所有发生的事件都是客观存在的,并不是只要两个事件是客观存在的,这两个事件就必然叫做“同时事件”。世界上没有任何两个事件必然叫做“同时事件”,“同时”或“同时事件”永远都是人约定的一种称呼,这个称呼对应着什么样的事件是人为规定的,不存在天生就必须叫做同时的所谓“自然的同时”。

在大多数人的心目中,“同时”是一个被“神化”或“固化”的概念,虽然“相对同时”比“绝对同时”在意识上有一定的进步,但仍然未完全避免“神化”。这种“神化”了的概念就像是一堵无形的墙(类似于传说中的“鬼打墙”),人类的思维被这堵墙挡住了,超越不了这堵无形的墙,思维就永远打不开,原地打转,在迷茫中纠结和争论。

那么,如何超越这堵无形的墙呢?说来很简单(做起来很难),那就是把你心目中的“同时事件”从神坛上拿下来,放在无数的事件之中就是普通的一员,如此一来,任何事件都可以取而代之,“神坛”不再神。只有如此,你才会清楚:是你把心目中的“同时事件”放在“神坛”上的,是因为你看好了它具有不同与其它事件的一些特性才这样做的,不是必然的,也不是自然的,更不是必须的,其他人(也包括你自己)完全可以把它拿走,换成其它的事件。

如果你能做到这一点,那么就拆除了挡在你面前的那堵无形的墙,你的思维就能超越这堵墙走向更广阔的发展空间。你将会认识到,对“同时事件”的定义可以放开或使用一切条件,甚至包括被认为是禁区的“因果关系”,使用不同的条件可以约定无数种具体不同的“同时”,而牛顿力学的“绝对同时”和相对论的“相对同时”不过是特定条件下的一种人为约定而已。在此基础上,你才能超越自我,公平地接受“绝对同时”和“相对同时”,并对这两种同时的差异进行理性的分析研究,最终揭开时空变换的奥秘。
[楼主]  [16楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/10 23:35 

[12楼] 作者:sxgdyl
环球通信实验是我十年前写的文章,等我找出来发过去一份。
ECI是局域惯性系,相当于ECI旋转的ECEF就是旋转参考系,这是顺理成章的。
国际标准中有两种不同的同时,但是没有不同方向度量的不同。如果不是这样,那就请宋先生举例指出。
 [17楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/11 09:32 

[楼主] [16楼] 作者:jiuguang

甲拿来一把尺子说:我可以证明这把尺子的长度是不变的。
乙问:你是怎样证明的?
甲说:不管在什么位置,也不管在什么样的环境或受到什么样的外力,我用这把尺子(或用等效于这把尺子的尺子)测量这把尺子的长度,总是得到相同的测量结果,由此证明这把尺子的长度是不变的。

“以自己为参照得出自己是不变的”这种逻辑是不错的,但是千万不能由此推广为“(在任何参照下)自己是不变的”,否则就陷入了逻辑盲区。

在地球系,人类约定的标准尺是唯一的,在这唯一的标准尺下,你探讨标准尺在不同的方向是否有相同的度量,本质上就是自己测量自己,你肯定不能得出不同的方向有不同的度量。

“不同”只有在参照与计量对象非等效的情况下才会有的结论,对于洛伦兹收缩设想或不同方向有不同的度量,一定不是自己与自己比较得出的结论。

你的这一度量认识,以及你另一帖中的“圆盘实验证否收缩”都相当于“自己与自己比较”,再把这个比较结果错误的推广为在任何情况下都成立。

如同人们难以用自己说明自己,当人们探讨基准与参照自身时,往往就陷入“自我认识”的逻辑盲区,希望你能早日突破这一逻辑盲区。
[楼主]  [18楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/11 23:20 

[17楼] 作者:sxgdyl

旋转圆盘问题,旋转之前就可以与投影到平台上的园及N个等分点进行比较;旋转起来之后,假设半径不变(爱因斯坦也是这样假设的),则仍然可以与这个在平台上的圆及等分点进行比较。
如果用平台的 同时 ,则旋转的圆盘上的等分点,与平台上的等分点会同时重合。如果用不同的同时,就可能不会同时重合了。

这与老宋的那套逻辑的条件并不相同,不能总是用相同的思路处理所有问题。
 [19楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/12 19:48 

[楼主] [18楼] 作者:jiuguang

老刘,我所说的道理有点类似从欧氏几何到非欧几何的跨度,如果没有接触过这类道理、也没有做过深度思考,一般人是难以理解的。估计你也听得云里雾里的,如果我再讲点别的,比如告诉你:如同非欧几何的直线对应欧氏几何中的曲线,此计量下的不收缩可以变为另一计量下的收缩,此计量下的圆盘可以成为彼计量下的椭圆盘,你可能更懵了。

我不知道你对自己所设计实验是否有足够明确的细节,比方说:
1、当你说将圆盘N等分的时候,是不是意味着这N等份总能在任何方向、任何位置完全重叠(或者说,当把N等份的圆盘叠加到一起的时候总能相互重合)。
2、当你说圆盘N等分的某一部分A能与某部分投影B同时重合时,是不是意味着A只要转到B所在位置,总会有A、B同时重合。

如果你的前提不是这样的意思,那我只能说你的前提不确定,我也无法确定你说的N等分是何意。如果你的前提是这样的意思,那么,你所期望的实验结果永远成立,与你约定的同时是什么、有没有你想象的收缩或不收缩(包括你想象的半径变还是不变)、有没有你想想的力、以及有没有你想象的其他条件都无关,更与你想证否的结论毫无关系。

最后,如果你还是理解不透,那就等有机会再说吧,毕竟这个道理不好理解。
[楼主]  [20楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/14 12:51 

[19楼] 作者:sxgdyl
圆的N等分,是数学概念的东西。我说的是任意两个相邻的等分点。这里面是没有歧义的。
旋转圆盘一个等分点与平台上的任意一个等分点重合的时,则圆盘上的所有等分点,都同时与平台上的对应等分点重合。当然这里用的必须是特定的“同时”。
我想我说的已经够清楚了,还有什么疑问吗?

 [21楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/17 12:19 
 [22楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/17 12:37 

楼主] [20楼] 作者:jiuguang

什么叫N等分,如何去判定?我前面说的是一种情况,以N等分能否相互重叠来定义和判定,这种定义下的N等分是不需要基准的;另一种N等分是一定计量基准下的计量结果是否相等来定义和判定,此种情况下的N等分一般按被计量对象所在位置来计量,如果不能明确计量基准,则这种N等分是多义的,在不同的计量基准下会有不同等分的结果,即同样说N等分,但不同人所想到的N等分可能是不一样的。

举例说明后一种情形。例如,你定义了你的计量基准,或者根本就没有意识到需要有明确的基准约定,而是潜在意识中有了某种说不清的计量基准(暂且也假设你所想象的这个说不清的基准是某个具体的基准),那么,在你定义的基准下所做的N等分,换成另一基准来看就不一定是N等分。再具体一点,用你的盘子来说,当你说这个盘子是圆的时候,你并没有说明你约定的计量是什么,我也不妨假设有那么一种计量约定,在该计量约定下你的盘子是圆的,但是只要稍微改变某个方向的计量基准,在计量结果上你的盘子就成了椭圆,前者的N等分与后者N等分就不是一样的结果。

关于你的盘子实验涉及很多深层次的东西,一个细节你思考不到,你的结论就会跑偏。而实际中,很多人的思考都是模糊的。例如对某个概念的认识,具体到每个人都会认为自己理解的概念是明确的、无歧义的,但是由于没有明确的定义,甚至只是一种潜意识中的理念,相互之间所说的概念表面上看似一致,深层次则是不确定,不同人口中的概念指向的对象不一样。你的N等分也是这样,如果没有更深层次的追究,你永远不相信自己所说的内容是不确定的。
[楼主]  [23楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/18 23:14 

[22楼] 作者:sxgdyl
我回了个帖子,不知道是不是还会出现,再简单的说一下。
我说的是没有歧义的情况。在各向同性的惯性系中,也可以是在与X方向垂直平面中的平台和圆盘。
在此前提下,用数学的方法作圆和等分圆。
在圆盘不转的时候,圆盘上的圆及等分点与平台上的对应重合。
旋转起来以后,圆盘参考系中圆盘的半径没有变长,与爱因斯坦的假设相同。与静止时比较,爱因斯坦认为圆周变长了,周径比大于pai.而在平台系中,则周径比仍然等于pai,没有收缩。
 [24楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/20 08:59 

[楼主] [23楼] 作者:jiuguang

老刘,你认为你说的清楚“各向同性”吗?

同样是光,在牛顿力学下,光速“各向同性”不可能在所有惯性系下成立,而相对论下光速“各向同性”则可以在所有惯性系下成立。为什么?究其原因并不是描述的对象不同,而是计量不同。即,如果没有明确的、足够的前提,“各向同性”也是个多义的概念。

物理学的很多争论就来源于一些基本概念的不确定性,这包括时间、同时、刚性、各向同性等等,每个人都自认对这些概念很清晰,而实际情况则是相反的,根本认识不到不同前提、不同背景、不同人口中的这些概念说的不是一个东西,于是就会出现驴唇不对马嘴地相互否定。

认清这些应该不是几日之功,没有一个理念上的大解放、大清洗是做不到的。关于你的圆盘实验,等条件成熟了,你再思考吧。
[楼主]  [25楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/21 11:49 

[24楼] 作者:sxgdyl
旋转圆盘问题,爱因斯坦已经解释过了,牛顿就更不用说了。
只是到了老宋这里,就说不出个所以然来了。
这只能说明老宋还没有考虑清楚。不至于永远思考不清楚了吧?
 [26楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2015/01/22 18:01 

[楼主] [25楼] 作者:jiuguang

爱因斯坦和牛顿都是你这样用圆盘实验证否了尺缩?

老刘,其中的道理本就不太好理解,而你的目标好像也不是想把问题理解清楚。如此我就不多解释了。
[楼主]  [27楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/01/22 22:56 

[26楼] 作者:sxgdyl
牛顿有牛顿的解释。
爱因斯坦有爱因斯坦的解释。
我的证明也很简单,与牛顿的解释和爱因斯坦的解释都不矛盾。
唯独老宋不能对旋转圆盘问题给出解释,但却坚持说我的证明不能成立。原因何在?请说清楚。
老宋死活不说,只是你说的不成立。
[楼主]  [28楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/02/09 20:26 

老宋还没有想好自己的解释吗?
[楼主]  [29楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2015/03/11 21:07 

老宋是否想好了自己的解释了呢?

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