速度蕴藏的物理意义

在没有给出物体运动过程的对比标准运动之前，人们已经能对自然世界中的运动物作出快慢比较判断。先前处于另一个物体后面的物体，沿直线经过一段运动过程后处于另一个物体前面，即被判断为该物体比另一个物体运动变化快。没有学过物理书本知识的动物都明白兔子比乌龟跑的快，虎豹又比兔子跑的更快。一个实物比另一个实物的运动变化快，称之为运动更迅速，反之则称为运动更迟缓。对物体间谁的运动更迅速进行判断，即是对它们的运动迅速程度作出对比描述，简称速度。当然也可以简称为迅度，这只是名称约定。

由于速度是对物体间运动迅速程度进行对比的描述参量，即便不引用稳定性极高的标准参考运动，人们也能够对几个运动物的相对运动速度作出定量的对比判断。譬如在某个固定环形跑道上分别对3个运动物的运动快慢迅速程度进行对比度量：当A物跑完2周时B物才跑完1周，就可以判定A物的运动速度是B物的运动速度的2倍；当A物跑完3周时C物才跑完2周，就可以判定A物的运动速度是C物的运动速度的1.5倍。自然界中的普通动物都已经掌握着根本性的速度概念，并把它用于追捕猎物和逃避天敌追杀的估算上，成为自己得以生存下去的基本技能。对希望更好地把握自然世界物质运动规律的人们来说，将会进一步考虑怎样才能使不同场合下进行的速度判断具有准确的可比性。

根据数学运算规则，知道A物的运动速度是B物的运动速度的a倍，A物的运动速度是C物的运动速度的b倍，就可以推算出B物的运动速度是C物的运动速度的b/a倍。可是，如果A物的运动并不稳定，A物分别与B物、C物进行运动迅速程度对比并不是在相同的运动快慢状况下得出的判断结果，b/a就不能正确反映为B物与C物的运动速度之比。如果在进行运动迅速程度对比的运动物中，有一个运动物的运动方式能够具有极高的重复稳定性，最好它的运动快慢程度永远不发生改变，把它作为判断其它运动物的快慢程度依据，不必将其它物体都进行相互间的运动对比，只要按照数学运算规则进行计算就能得出各个运动物之间的速度大小。为便于区分，这个具有极高重复稳定性的运动形式特称之为时间运动。

作为运动过程的对比标准，时间运动必须具有可分辨的特征。人们在几千年前已经认识到太阳绕地球的相对转动十分稳定，利用太阳光照射垂直于地面的直立杆在地面上形成的投影位置，可以确定出邻近每天的过程变化处于相同进度的重复位置点。由于把圆周等分成6份最简单方便，再把每1段对分即得到12等分，人们把周而往复的每一日等分成12个时辰。找到重复稳定性极高的地球自转运动作为运动过程的对比标准，但把地球自转一周的运动过程只分成12个时辰，对历时较短或变化较快的运动过程尚难以进行比较判断。为此，专业研究者采取巧妙的设计技术制作出严格按照地球自转一周的运动过程的24×60×60等分间隔进行显示的各种机械钟表，进一步把1个时辰等分成2个小时辰，简称小时。每个小时又等分成60分，每1分又等分成60秒。之所以按照60制进位，完全是因为对圆周进行理想化6等分最简单方便，再把每个等分均匀细分成10等份，一个圆周便等分成了60份。这样，地球自转一周的运动过程的1/86400 间隔就成了现代物理学建立初期使用的最小标准时间单位。到20世纪改用铯原子辐射的电磁振荡作为标准运动参考基准后，人们已经把地球自转一周的运动过程的86400×9192631770等分间隔作为最小的标准时间间隔。

实验证明，铯原子钟每小时漂移量不大于±10ns，相对误差小于±2.78×10^-12。而地球钟在1年期间里相对于铯原子钟的走时误差为±1秒，相对误差为±3.1×10^-8。铯原子钟的稳定性比地球钟高10000倍，故此，1967年，第13届国际计量大会通过决议1，将铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期规定为1秒标准时间。如果将该辐射的7942433849个周期规定为1秒标准时间，100秒规定为1分钟，每天就可以等分成10个大时辰，简称大时，每个大时正好等于100分钟。

简言之，将一个可以稳定重复进行的运动过程细分成多少等分，以便对其它运动过程作出更精细地对比判断，取决于可以重复进行的标准参考运动的稳定程度和被比较的其它运动过程在多高精确度上进行分辨具有实际意义。在人们还没有研究出稳定性很高并且可以长期连续工作的记时钟表之前，曾采用烧完一根香再接着烧一根香的连续燃烧一样的香来确定每天的时刻进程点。如果一天内正好燃烧掉48根特制的香，每连续燃烧掉4根香就表明经历了1个时辰。这对于提醒不需要按照精确时刻行动的吃饭睡觉等日常生活已经足够准确。

甲完成一件事情流逝了20分钟，乙完成同样一件事情流逝了30分钟，便可以判断出甲做这件事情的迅速程度比乙做这件事情的迅速程度快半倍。以完成某个事件的进程流逝多少时间来表达的运动迅速程度称为耗时速度，这是人们习惯使用的辨别日常生活中笼统的动作过程快慢迅速程度的物理概念。对于自然界中许多动作变化较快的对象，改为在多少时间内完成该事件的多少进程来反映它们的运动迅速程度会更容易被人们领会。以流逝相同时间完成某个事件的多少进程来表达的运动迅速程度称为运动速度，这是人们建立起统一的运动过程比较基准时间后，更方便于数学研究所使用的物理概念。鉴于时间只是人们为方便对物体运动规律进行定量分析而引入的一个稳定均匀改变的标准参考变量，任何物体实际进行的运动并不需要先有一个假想的时刻发生变化它才跟着变化，使用耗时速度解说物质的运动比采用运动速度解说物质的运动在物理意义上更贴切。至于人们在实际的探索研究过程中发现，采用运动速度揭示出的运动规律具有更简便的数学表达方式，那纯粹是一个巧合。

在建立起长度测量基准之后，任何一个物体从某处运动到另一处的快慢迅速程度，显然可以用该物体从先前位置运动到后一位置所经历过的路程长度与对应流逝掉的时间之比来表达。但对于某种运动形式从一处位置传递到另一处位置的机械波传播快慢迅速程度，却不能直接以传递该种运动形式的物质位置发生的移动改变量与对应流逝掉的时间之比来表达。对既有粒子性，又有波动性的光波来说，光速是指光信号从一个位置前进到另一个位置所经历过的路程长度与对应流逝掉的时间之比。实验测量发现，光在实物粒子可以忽略的空间里传播速度为299792458±1.2米/秒，相对误差为±4×10^-9。它表明在实物粒子可以忽略的空间里，非实物形式的物质均匀分布稳定性与恒温状况下的钢米尺实物稳定性处于相同的水平状况。光在传播媒介物中朝任何方向传播速度相同，只表明传播介质物特性一致均匀。

根据运动不灭原理，在物质世界呈现的每一种运动形式都具有惯性，物质运动的重复稳定性其实就是惯性体现。虽然均匀万有引力场可以对处于其中的所有物体进行的平动运动产生完全相同的速度变化，但却不能对完整物体系统内已经保持着相对位置不改变的诸物体之间具有的相对静止惯性产生影响，同时也不能对物体进行的转动惯性产生作用。当人们把确定被观察物体在空间的瞬态相对位置的参照系坐标原点建立在完整物体系统的质心或与质心保持相对静止的点上，并且又采用处于惯性运动状态的运动形式作为比较物体相对运动过程的参考运动时，由恒定的单位时间间隔所标定的任意两个相邻时刻与实现时间运动的直线运动物质，例如光子运动，在空间对应所处的瞬态位置具有完全相等的长度距离。如果被观察物体在空间的相对瞬态位置所发生的移动量与作为相对运动过程参考比较的标准时间运动所显示的时刻变更量保持为常数比例关系，即表明该物体进行的直线运动与作为运动过程比较用的参考运动都属于运动状态保持相对或绝对恒定的惯性运动。人们只要引入一个换算比例系数，就可以直接用该物体进行的直线运动替换先前选定的参考运动而成为比较其它相对运动的参考运动。故此，人们可以根据物体在空间的瞬态位置移动量与所对应的时刻变更量时间之比值（即运动速度）是否改变，反映出被观察物体处于何种运动状态中。

速度不变，表明被观察物体相对于建立在包括它在内的完整物体系统质心上的参照系进行的是状态恒定的惯性运动；速度改变，则表明被观察物体相对于建立在包括它在内的完整物体系统质心上的参照系处于状态正在变化着的非惯性运动状态中。