時(shí)間的物理定義

1、時(shí)間的物理定義時(shí)間的物理定義時(shí)間是什么？千百年來(lái)讓無(wú)數(shù)科學(xué)家和哲學(xué)家頭痛不已。這篇文章給大家一個(gè)全新的、精 確的解釋。時(shí)間在物理學(xué)中是個(gè)基本但又不容易定義的概念，如果我們問(wèn)一句，時(shí)間到底是什么？恐怕這個(gè)世 界任何一個(gè)物理學(xué)家都不好回答。1 500年前的北非希波 主教圣奧古斯丁說(shuō)過(guò)這樣的話(huà):至于時(shí)間是什么？如果沒(méi) 有人問(wèn)我，我知道，如果我想要向詢(xún)問(wèn)者加以說(shuō)明，我便不 知道。這個(gè)家伙說(shuō)的是要無(wú)賴(lài)的話(huà)，意思大概是時(shí)間是什 么這個(gè)問(wèn)題只能意會(huì)卻不能言傳。牛頓認(rèn)為:絕對(duì)的、真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間就其本質(zhì)而論，是自行均勻地流逝的，與任 何外界的事物無(wú)關(guān)疽在牛頓看來(lái)，時(shí)間就像一條川流不息、 永遠(yuǎn)不變的河流。很多哲學(xué)

2、家、物理學(xué)家將時(shí)間與運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系在一起。比如柏拉圖認(rèn)為:時(shí)間是運(yùn)動(dòng)著的永恒的 形象。 亞里斯多德說(shuō):只有當(dāng)我們已經(jīng)把握住運(yùn)動(dòng)時(shí)， 才能領(lǐng)悟時(shí)間。馬克思、恩格斯指出:時(shí)間是一種客觀的存在，是運(yùn)動(dòng)著物質(zhì)存在的一種形式。 愛(ài)因斯坦也 說(shuō)過(guò):時(shí)間實(shí)際上是鐘的讀數(shù)，這個(gè)鐘可以是地球的轉(zhuǎn)動(dòng)， 沙漏、脈搏的計(jì)數(shù)，地球沉積的厚度、輻射衰變的產(chǎn)物、或 銫原子振動(dòng)的計(jì)量，他們具有一種共同的標(biāo)準(zhǔn)，都是自然的 機(jī)械裝置。但也有一些哲學(xué)家、物理學(xué)家給時(shí)間下的定義很古怪，比如：洛克說(shuō):時(shí)間是一切存在的公共尺度?？档抡f(shuō):時(shí)間是感性直觀的純形式。法國(guó)哲學(xué)家柏格森堅(jiān)持 認(rèn)為時(shí)間是人的直覺(jué)和神秘的創(chuàng)造性的破裂。這句話(huà)很是 讓人摸不

3、著頭腦。也有很多哲學(xué)家、物理學(xué)家，比如貝克萊，休漠馬赫都傾向?qū)r(shí)間歸于人的意識(shí)在一種表現(xiàn)。 相比之下，哲學(xué)家黑格爾給時(shí)間下的定義很簡(jiǎn)單:時(shí)間只不過(guò) 是我們?nèi)藢?duì)過(guò)去的一種回憶而已。但就是這最簡(jiǎn)單的定義， 又是最接近正確的答案，這將在以后詳細(xì)地加以說(shuō)明。時(shí)間有很多原因讓人捉摸不定。我們?cè)谏砩虾托睦砩系?經(jīng)驗(yàn)上，都能感到時(shí)間在流逝，可是，如果時(shí)間流逝的速度 是多少，每秒鐘流過(guò)多少？這顯然是一個(gè)荒謬的問(wèn)題，時(shí)間 的流逝速度要有一個(gè)超時(shí)間的東西加以衡量，但這個(gè)超時(shí)間 本身也在流逝，那就要有一個(gè)超超時(shí)間加以衡量如此等 等，以至無(wú)窮。時(shí)間本身是不是一個(gè)隨時(shí)間變化的過(guò)程這一 問(wèn)題，往往把人們引入一個(gè)無(wú)法擺脫

4、的惡性循環(huán)中。時(shí)間在邏輯上要加以證明也歷來(lái)出現(xiàn)麻煩，歷來(lái)的邏輯學(xué)家 們往往對(duì)時(shí)間懷有特殊憎惡的心情。比如說(shuō)我們要定義過(guò) 去，可以把現(xiàn)在作為參照系，但又怎么定義現(xiàn)在呢？ 如果用過(guò)去定義現(xiàn)在，那又是同意反復(fù)，如果用現(xiàn)在 本身定義著自己，又陷入循環(huán)定義的矛盾之中。此外，過(guò) 去可以視為不可改變的，決定了的，但要在邏輯上根據(jù)某些 規(guī)律，卻無(wú)法說(shuō)明為什么是決定了的。不可改變的？難怪哲學(xué)家懷特海無(wú)限感慨地說(shuō):要對(duì)時(shí)間這個(gè)大自然的創(chuàng)造過(guò) 程加以沉思而不痛感人類(lèi)知識(shí)的有限實(shí)不可能 1/8頁(yè)要想搞清楚時(shí)間具有什么樣的物理性質(zhì)，給時(shí)間下個(gè)嚴(yán)格的 物理定義，讓我們先從討論事和物開(kāi)始。 對(duì)于 生活在這個(gè)自然界中，我們所

5、觀察到的各種東西和各種現(xiàn)象 那可真是五花八門(mén)、形形色色復(fù)雜到了極點(diǎn)。但是仔細(xì)一分 析，可以把他們分為兩大類(lèi)，一這都是類(lèi)為物、一類(lèi)為事。像我們眼前的一座山、一棵樹(shù)、一人、一條河 物 人的思想，河水的流動(dòng)，樹(shù)的生長(zhǎng)這些都是事。物是產(chǎn) 生事的根源，事是物的表現(xiàn)，通過(guò)事我們可以認(rèn)識(shí)物，事是 依據(jù)物而存在的。沒(méi)有物就不會(huì)有事，反過(guò)來(lái)未必是正確的， 沒(méi)有事物卻照樣存在。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)這個(gè)自然界時(shí)，應(yīng)該要嚴(yán)格區(qū)分什么是物，什么是事。遺憾的是，我們有很多 物理學(xué)家（不單單是普通人）常犯這方面的錯(cuò)誤，他們常常把 某些事說(shuō)成是物，或者對(duì)某些事不了解，簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一種 特殊的物質(zhì)所起的作用。比如，歷史上人們對(duì)熱的認(rèn)識(shí)，

6、十七世紀(jì)，人們認(rèn)為熱是物體里所含的一種特殊的物 質(zhì)，稱(chēng)之為熱質(zhì)。甚至有的學(xué)者認(rèn)為熱質(zhì)是守恒的， 物體所得到的熱質(zhì)總是另一些物體所失去的而不是憑空 產(chǎn)生的，現(xiàn)代人們很清楚熱質(zhì)說(shuō)是錯(cuò)誤的。熱現(xiàn)象只不過(guò) 是物體內(nèi)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，熱只是一種現(xiàn)象而已，它 屬于事的范疇，把它看則是物，這就是典型的事和物不分的思想。這個(gè)有關(guān)事和物的討論有助于我們搞清楚物理概念是如何產(chǎn)生的。物理學(xué)是借助物理概念 而展開(kāi)的。物理學(xué)剛開(kāi)始處于萌芽時(shí)也好，發(fā)展到今天也好， 所有的物理概念無(wú)非是人們對(duì)自己所處的物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí) 結(jié)果。我們是怎么認(rèn)識(shí)這個(gè)物質(zhì)世界的呢？首先是通過(guò)感覺(jué)， 感覺(jué)到這個(gè)我們所處的物質(zhì)世界的各種現(xiàn)象，然后我

7、們大腦 把這些感覺(jué)加以分析、概括，最后再形成物理概念。比如，人們用眼睛看到花草的紅紅綠綠，天空的湛藍(lán)，人們?cè)?用頭腦一加工，便有了顏色的概念。人們用皮膚去感覺(jué)冰的 冷、開(kāi)水的燙，大腦再一加工，便有了溫度的概念。某處有 物體振動(dòng)，引發(fā)周?chē)目諝獍l(fā)生振動(dòng)，我們用耳朵去感覺(jué)到 這空氣的振動(dòng)，我們?cè)偃ビ么竽X這么一分析，這樣又有了聲 音的概念。還有我們躺在床上，閉上眼睛、不去看、不去聽(tīng)， 但卻老是覺(jué)得一個(gè)東西在流逝，這樣人們又有了時(shí)間的概念。 通過(guò)以上所列舉的例子，可以得出這樣的看法，我們所處的 物質(zhì)世界的某些現(xiàn)象給了我們?nèi)四承└杏X(jué)，我們大腦對(duì)這些 感覺(jué)加以分析，概括這樣便產(chǎn)生了物理概念。這樣說(shuō)來(lái)，物

8、理概念來(lái)自于我們對(duì)自己的某種感覺(jué)的描述。為了進(jìn)一步 搞清楚物理概念是如何產(chǎn)生的，接下來(lái)。我們應(yīng)當(dāng)分析物質(zhì) 世界的各種現(xiàn)象是如何引起了我們?nèi)说母鞣N感覺(jué)的。顏色是不同波長(zhǎng)電磁波刺激我們眼睛的結(jié)果。熱是無(wú)規(guī)則 運(yùn)動(dòng)的分子猛烈撞擊我們皮膚，我們才有熱的感覺(jué)。聲音是空氣中出現(xiàn)的縱波擊到我們的耳膜，我們才有了聲音的感覺(jué)。 總結(jié)以上的分析，物質(zhì)世界以不同的方式運(yùn)動(dòng)引起我們?nèi)说母鞣N感覺(jué)，我們?nèi)藢?duì) 這些不同的感覺(jué)加以分析、概括便形成了不同的物理概念。 這樣說(shuō)來(lái)物理概念不能脫離我們?nèi)硕?dú)立的存在著，說(shuō)明白 點(diǎn)，物理概念只是人對(duì)自己感覺(jué)的一種描述（當(dāng)然人的這些感 覺(jué)并非憑空產(chǎn)生的，而是客觀存在的東西刺激了我們?nèi)耍┳x

9、者 很多人對(duì)這個(gè)看法可能會(huì)反感，或者轉(zhuǎn)不開(kāi)彎子，下面通過(guò) 幾個(gè)例子使讀者2/8頁(yè) 比較容易理解這些看法。設(shè)想在一個(gè)房間里，正放著優(yōu)美的CD唱碟，人們常不加思 索地認(rèn)為只要這CD唱機(jī)開(kāi)著，而不管我們?nèi)嗽诓辉趫?chǎng)， 這個(gè)聲音總會(huì)是客觀的存在著。仔細(xì)地分析一下，房間里有 聲音時(shí)，房間的空氣便出現(xiàn)一股縱波，沒(méi)有聲音便沒(méi)有縱波, 可見(jiàn)有聲音沒(méi)有聲音的區(qū)別只是房間里空氣的位置不一樣。 沒(méi)有人在房間里去感覺(jué)，那里會(huì)有聲音的概念。聲音的概念 是不能脫離我們?nèi)硕?dú)立地存在的，有聲音比起沒(méi)有聲音并 沒(méi)有多出一件什么東西，所以你不能把聲音看則是一個(gè)像 和物物體那樣具體存在的東西，聲音只是一個(gè)現(xiàn)象而已。 在前面討論的事

10、中，聲音明顯屬于事的范疇。 顏 色也是類(lèi)似的，我們看到眼前的花草的紅紅綠綠是電磁波經(jīng) 花草反射到我們眼球的結(jié)果，這個(gè)顏色的概念同樣不能脫離 我們?nèi)硕?dú)立地存在著。物體顏色的不同只是物體反射不同波長(zhǎng)電磁波的原因造成。顏色不是物體自身的性質(zhì)，而是由物體照射到它的各種波長(zhǎng)的光的反射和吸收決定的。這個(gè)原 理是牛頓最早發(fā)現(xiàn)的，歷史上甚至現(xiàn)代有很多人固執(zhí)地認(rèn)為 物體所呈現(xiàn)的顏色是物體固有的屬性、與外界無(wú)關(guān)。比如德 國(guó)詩(shī)人歌德就曾寫(xiě)文章以非常激情的語(yǔ)言叫人們不要相信 牛頓的理論，但牛頓在光學(xué)中有關(guān)顏色理論的正確性實(shí)踐證 明無(wú)須懷疑。溫度的概念起源于外界分子無(wú)規(guī)則地撞擊我們?nèi)似つw的程度，當(dāng)然脫離了人也是不能獨(dú)

11、立存在的。 時(shí)間的概念與我們?nèi)说母杏X(jué)也有關(guān)系，但時(shí)間的概念，比較 抽象，在以后再詳細(xì)地加以分析。既然物理概念是人的一種感覺(jué)，脫離我們?nèi)硕荒塥?dú)立的存在，在前面有關(guān)事 和物,的討論中，物理概念明顯屬于事的范疇，因而它 不能像物那樣客觀的存在著，它的存在有它的虛假性，這 一章節(jié)的標(biāo)題上所說(shuō)的物理世界存在的虛假性正是指這個(gè)。 但是，并非所有的東西它的存在都是虛假的，比如空間、各 式各樣的物體，它們總是客觀地存在著，脫離我們?nèi)怂鼈冋?樣存在，它們不管我們?nèi)四芊窀杏X(jué)到它們，它們總是客觀地 存在著。然而，空間、物體（也可稱(chēng)為物質(zhì)點(diǎn)）這些都可以稱(chēng)為幾何概念，在前面討論的事和物中，它們明 顯屬于物 的范疇，它們不依賴(lài)于我們?nèi)说母杏X(jué)而客觀獨(dú)立 的存在著。至此我們明白，物理概念來(lái)自于我們?nèi)说母杏X(jué)， 脫離我們?nèi)硕荒塥?dú)立地存在，而某些幾何概念，比如空間、 物質(zhì)點(diǎn)不依賴(lài)于我們?nèi)说母杏X(jué)而客觀、獨(dú)立地存在著。對(duì)此, 物理學(xué)的開(kāi)山鼻祖伽利略早就說(shuō)過(guò):我們五官感覺(jué)到的世界 它的存在是虛假的，而真實(shí)存在的卻是它背后的幾何世界這些用幾何概念描述的空間、物質(zhì)點(diǎn)和我們對(duì)感覺(jué) 描述出來(lái)的物理概念有什么關(guān)系呢？對(duì)這些，筆者有著這樣的看法：宇宙中真正存在的只有物質(zhì)點(diǎn)和它周?chē)?空間，不存在第三種形態(tài)能與之并存的東西，一切物理現(xiàn)象 只不過(guò)是點(diǎn)在它周?chē)臻g運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)而已。這些現(xiàn)象 如能引起我們?nèi)说母杏X(jué)，我們對(duì)