学力学谈时间

关于学力学谈时间第一页，共十七页，2022年，8月28日经过近3个月的学习，我们结束了力学这门课程。她给我们留下的不光是经典的物理知识，还有今后物理学习牢固的基础，以及对物理问题思考的方法，下面我就谈谈在上了力学课之后，对时间的一些理解和想法。第二页，共十七页，2022年，8月28日

对于物理学来说，时间是一个基本的物理量，人们对时间的认识和理解程度关系到时空观的形成，关系到物理理论大厦的整体结构。牛顿认为时间是绝对的，据此建立了古典物理学这座大厦，爱因斯坦认为时间是相对的，据此又建立了相对论这座大厦。虽然相对时间的思想已经得到当今主流的认可，但是，在人们心目中绝对时间的思想仍然占有一定的位置，我们对时间的认识还不足以评判二者间的是非问题。

第三页，共十七页，2022年，8月28日时间之声召唤着无尽的理解直观感觉告诉我们，时间就在我们身边，我们对时间是很熟悉的。而当你认真思考这个问题的时候，你又会觉得时间离我们很遥远，我们根本不了解它。这种奇怪的感觉和思想困扰了一代又一代的科学家，这是理性与感性的一种背离。当感性与理性产生分歧的时候，人们相信的往往是理性，而在时间的认识上，我认为是我们的理性出了问题，是理性脱离了感性，个体脱离了群体。第四页，共十七页，2022年，8月28日时间的经典理解

在杨老师的力学课本中,对时间概念的朴素说法是：时间是物理事件之间的的一种次序，用以表述事件之间的顺序。当然，这个定义不能作为一个令人满意的理论定义，然而由于物理学是一门基于实验的科学，时间在物理学中的使用并不受妨碍，因为在实验中我们并不追求他的纯粹定义，而只需了解他们是怎样量度的，从而在实验中正确地使用。经典物理学中的时间概念是测度时间，而且是绝对坐标系下的标度时间。牛顿力学中的测度时间，起源于希腊科学。希腊科学把时间的测量与天球的运动联系起来。牛顿力学对待时间的基本态度是，将时间作为一个基本参量加以应用，而不是对它加以解释第五页，共十七页，2022年，8月28日瞬间

古代科学把瞬间视为事物变化阶段的自然临界点，然而牛顿力学认为各个瞬间是同质的。经典力学主张同时性的绝对性，同地两事件的同时性很容易得到确证，但是异地事件的绝对同时性要求一种以无限大速度传播的信号，否则不同地方的观察者就会得出两事件发生的不同次序。因此，存在瞬时信号和绝对同时性，绝对时空观在逻辑上是一致的和相互支持的。如果有瞬时信号，那么每一瞬间对于世界上所有的存在物都是共同的，而且物体在不同参照系中测量得到的长度必定一致，于是就可以理想化为质点。瞬时信号的存在，构成了牛顿力学中质点模型和普适瞬间概念的逻辑前提。第六页，共十七页，2022年，8月28日物理学中空间的点对应于时间中的“瞬间”。相对论，量子论和场论中质点模型的失效，应当自然地导致“瞬间”概念随之失效。真正的瞬间必定是包含“过去——现在——未来”的微小绵延，也就是在当下的现在时刻渗透着过去和未来的小片段。第七页，共十七页，2022年，8月28日相对论对时间观的影响测度时间的精致化！

尽管相对论的确构成了对于经典物理学的革命，但是相对论中的时间，像牛顿力学中的时间一样，依然是测度时间；在这个范围内，相对论大大修正了牛顿的时间概念，相对论时间实际上是测度时间的精致化。在相对论中，时间失去了牛顿力学中绝对时间的神秘性和不可观测性，必须体现测度时间的本性成为可观测量。

第八页，共十七页，2022年，8月28日一个例子：同时的相对性经典力学主张同时性的绝对性，同地两事件的同时性很容易得到确证，但是异地事件的绝对同时性要求一种以无限大速度传播的信号，否则不同地方的观察者就会得出两事件发生的不同次序。因此，存在瞬时信号和绝对同时性，绝对时空观在逻辑上是一致的和相互支持的。如果有瞬时信号，那么每一瞬间对于世界上所有的存在物都是共同的，而且物体在不同参照系中测量得到的长度必定一致，于是就可以理想化为质点。瞬时信号的存在，构成了牛顿力学中质点模型和普适瞬间概念的逻辑前提。

第九页，共十七页，2022年，8月28日

然而，在物理世界中找不到以无限大的速度传播的信号。狭义相对论假定，光速是信号传递的最大速度，因此，爱因斯坦选定光信号作为定义同时性的信号。不存在瞬时信号，意味着绝对的同时性是不可能的。爱因斯坦给出了异地事件同时性的一个操作定义。设C是AB的中点，A地和B地两事件发生时各向C发一个光信号，如果两光信号同时为C点所接收到，则说A地和B地分别发生的两事件作为同时事件。第十页，共十七页，2022年，8月28日对于不同的参照系，光源的速度是不同的，若光速随光源的运动而变化，满足速度叠加原理，那么在不同的参照系中，光速在AC方向和BC方向上不可能相等。因此，为了在不同参照系中保证同时性的操作定义成立，光速应该不随光源的运动变化，而这正好是迈克尔逊——莫雷实验所暗示的。在有了异地事件的同时性操作定义后，我们很容易发现异地事件同时性的相对性：在一个参照系同时发生的两个事件，一般地说，对另一个参照系就不是同时发生的。第十一页，共十七页，2022年，8月28日这是怎么回事？难道直觉错了相对论使得大量的显然的观点变成了不完美甚至是错误的，他颠覆着我们所谓的感觉。但是物理是一门实验科学，世界各地每天无数的高能物理实验和天文观测证明着相对论的正确性。在一个新的更完美的理论诞生之前，我们有理由相信小爱的理论，并让他影响着我们的时空观。第十二页，共十七页，2022年，8月28日一个问题为何时间是单向的？时间可逆吗？第十三页，共十七页，2022年，8月28日在力学课本中我们得到一些启发：时间反演：周期性变化体系(单摆、弹簧振子)只对周期T

及其整数倍的时间平移变换对称。某些理想的物理过程，如自由落体，具有时间反演不变性。例如：牛顿定律。第十四页，共十七页，2022年，8月28日因果关系：原因中的对称性比反映在结果中，即结果中的对称性至少有原因中的对称性那么多。时序的相对性与因果关系：

只有在下列两种情况之一成立时，才会观察到先果后因的现象：

（1）因果作用的传递速度超过光速。

（2）时间对于观察者的运动速度超过光速。第十五页，共十七页，2022年，8月28日路还很远，我会继续努力。在此感谢杨维纮