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時間

2013-9-30 22:47|查看:3913|評論:0|字體: 繁體

鐘表是最常見的計時儀器

 

鐘表是最常見的計時儀器

 

時間是指宏觀一切具有不停止的持續性和不可逆性的物質狀態的各種變化過程,其有共同性質的連續事件的度量衡的總稱。

 

丈量與記錄

 

計時儀器

 

中國古代的計時儀器有太陽鐘和機械鐘兩類。太陽鐘是以太陽的投影和方位來計時,分別以土圭、圭表、日晷為代表。由于地球軌道偏心率以及地球傾角的影響,真太陽時和平太陽時是不一致的,機械鐘應運而生,代表有水鐘、香篆鐘、沙漏。

 

單位

 

時間的基本國際單位是秒。它現在以銫133原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間為標準。

 

位于塔干洛的水平日晷

 

位于塔干洛的水平日晷

 

物理學

 

目前最廣泛被接受關于時間的物理理論是阿爾伯特·愛因斯坦的相對論。在相對論中,時間與空間一起組成四維時空,構成宇宙的基本結構。時間與空間都不是絕對的,觀察者在不同的相對速度或不同時空結構的測量點,所測量到時間的流逝是不同的。 狹義相對論預測一個具有相對運動的時鐘之時間流逝比另一個靜止的時鐘之時間流逝慢。在一九七一年,物理學家哈菲爾(Joe Hafele) 與基廷(Richard Keating) 做了證明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行,然后將讀到的時間與留在地面上完全一樣的時鐘做比較。結果證實:在飛機上的時間流逝得比實驗室里的慢。據愛因斯坦的理論,當移動的速度越快,時間流逝速度越慢,當移動速度達到光速的一半時,時間約慢13%。

 

另外,廣義相對論預測質量產生的重力場將造成扭曲的時空結構,并且在大質量(例如:黑洞)附近的時鐘之時間流逝比在距離大質量較遠的地方的時鐘之時間流逝要慢。現有的儀器已經證實了這些相對論關于時間所做精確的預測,并且其成果已經應用于全球定位系統。

 

就今天的物理理論來說時間是連續的,不間斷的,也沒有量子特性。但一些至今還沒有被實驗證明過的,試圖將相對論與量子力學結合起來的理論,如量子引力理論,弦理論,M理論,預言時間是間斷的,有量子特性的。一些理論猜測普朗克時間可能是時間的最小單位。

 

根據史提芬·霍金(Stephen W. Hawking)所解出廣義相對論中的愛因斯坦方程式,顯示宇宙的時間是有一個起始點,由大霹靂(或稱大爆炸)開始的,在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空必須一起并存,沒有物質存在,時間也無意義。不過最近,霍金推翻了他自己的理論。

 

人類的開始人們就知道時間是不可逆的,人出生,成長,衰老,死亡,沒有反過來的。玻璃瓶掉到地上摔破,沒有破瓶子從地上跳起來合整的。從古典力學的角度上來看,時間的不可逆性是無法解釋的。兩個粒子彈性碰撞的過程順過來反過去沒有實質上的區別。時間的不可逆性只有在統計力學和熱力學的觀點下才可被理論地解釋。熱力學第二定律說在一個封閉的系統中(我們可以將宇宙看成是最大的可能的封閉系統)熵只能增大,不能減小。宇宙中的熵增大后不能減小,因此時間是不可逆的。

 

天文

 

最早研究時間的科學不是物理學,而是天文學。天文學的一個最重要的任務就是測量時間,從確定日的長短,四季的變化,到制定歷法。在古代中國和在西方一樣,制定歷法的需要是推動天文學理論發展的重要因素之一。

 

今天的天文學已與歷法或時間測量毫無關聯了,但天文學觀測對時間概念的發展依然非常重要。天體發出的光到地球上被觀測到需要一定的時間。離地球越遠的天體發出的光需要的時間也越長,因此對宇宙越遠的地方的觀測也是對宇宙越古老的時間的觀測。現在最被公認的宇宙學理論(宇宙大爆炸理論)認為時間與空間和宇宙內的質能一樣是在140億年前產生的。目前的天文學觀測估計宇宙的擴展是沒有盡頭的,因此時間也應該是沒有盡頭的。

 

哲學

 

什么是時間?時間是物理的,還是心理的?對時間的感受是絕對的,還是相對的?時間真的是不可逆的嗎?時間有開始和結束嗎?這些問題似乎都是物理或天文的問題,但哲學作為世界觀的理論無法避免對世界上最基本的一個現象——時間,做類似的考慮。

 

因此對時間的考慮也始終是哲學的問題。

 

時間是否可分,這是困擾哲學家幾千年的難題。古希臘哲學家芝諾提出兩個悖論——飛矢不動悖論和阿喀琉斯悖論,以討論時間的可分性。

 

近代物理學認為,時間就是一種物質內在或外在的一切變化的記錄。在一個封閉的環境中,物質不存在任何變化;如果物質不存在,時間也同樣不存在。因此近代物理學使用時空一詞來描述。但霍金目前提出了不同的理論。

 

如果承認除你之外的客觀主體存在,味道就是兩個客觀主體之間產生的現象。敲碎核桃,你反應的是“手很痛”這種感覺現象,核桃反應的是“碎了”這種現象。如果核桃有神經系統,它也能嘗嘗你的味道。

 

那么現象是否一定對應性質呢?對性質的描述必然只能通過現象,沒辦法直接掌握性質。那么性質本身是否存在就是個疑問,這就是經典笛卡爾懷疑論的根據。

 

我們似乎只能描述時間引起的現象,而不能定義時間本身,有一種說法傾向認為時間不存在,但是僅僅有時間引起的現象,沒有時間的客觀主體?這顯然顯得詭異。在物理學里,這應當指向高維的存在。

 

文學

 

在文學中,時間的流逝和不可逆性是一個古今中外一再提到的內容。光陰似箭,日月如梭,這句成語既體現了古人對時間的最直接的領會:日與夜、光與陰的交匯,也體現了古人對時間不可逆性的認識以及對此的感慨。

 

在科幻小說中,時間旅行是熱門題材之一。

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