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[交流]
千里共嬋娟：時間是共同的約定（轉載自科學網博主 很震撼的） 已有2人參與
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何處無月明, 可憐離人愁；千里共嬋娟，但愿人長久。一年一度的中秋又使人們想起了若虛先生美到極致的‘春江花月夜’和東坡先生傳誦千年的‘丙辰中秋’。大江南北，長城內外，你都可以看到明亮的圓月，都可以據(jù)此判斷出，今日是八月十五�？茖W家們，也許可從蘇公詞中的‘共’字中覺悟出‘時間’是什么。 到處有時鐘，‘時間’是什么？古羅馬哲學家奧古斯丁說：你不問，我知道，你若問，我迷茫。本文認為，講清了各個時鐘之間的關系，時間的概念可能就大致清楚了�！Ю锕矉染辍械摹病挚赡軉⑹疚覀儯簳r間是系統(tǒng)內所有客體的一種共同約定。 1. 關于系統(tǒng) 在一定范圍內，所有相關客體的集合成為一個系統(tǒng)。一個山村，所有的村民，飛禽走獸、流水花草，組成一個山村系統(tǒng)；一支部隊，首長和軍士，戰(zhàn)馬和車輛，組成一個部隊系統(tǒng)；地球上所有的動物和植物，高山和大海，組成一個地球系統(tǒng)；太陽及八大行星，組成一個太陽系系統(tǒng)。依次類推，還有銀河系統(tǒng)，河外星系系統(tǒng)和宇宙系統(tǒng)。 2. 時鐘及其誤差 眾所周知，系統(tǒng)內的所有客體都在運動和變化，為了比較各個客體運動和變化的次序，需要定義可計量的時鐘。實際上，任何可重復的周期性運動過程都可以當作時鐘。這些時鐘的速率都受具體環(huán)境的影響：銅壺滴漏受氣溫、氣壓的影響，日出日落受季節(jié)的影響，地球自轉速率受潮汐的影響，真太陽時受整個太陽系物質運動的影響，機械表受溫度、電磁場的影響，單擺鐘和原子鐘都受地方重力場的影響。因此，任何具體的周期性運動都是不均勻的，也就是說，任何具體的時鐘都是有誤差的。 現(xiàn)在，我們認為GPS系統(tǒng)中的銫原子鐘是一種精度極高的時鐘。 然而，精密的測量發(fā)現(xiàn)：在地鐘和星鐘之間仍存在每日45微秒的差別。地鐘和星鐘有差別，衛(wèi)星所在處的引力場與地面的引力場有差別，科學界對這兩個事實并無異議；但如何理解時鐘速率之差與引力場之差的關系? 有兩種不同的說法。廣義相對論認為：引力場之差造成了時間膨脹，所以兩處的時鐘速率不同；本文認為，如同溫度場、電磁場會造成機械表的誤差一樣，引力場的差異也會使原子躍遷頻率不同，從而造成了兩地銫原子鐘讀數(shù)的差別，這應是一個簡單、自然而合理的解釋。 我們可以進一步用脈沖星時鐘證明：星鐘與地鐘速率有差別不是由于引力場之差造成了本質性的時間膨脹，而是由于引力場之差造成了特定類型時鐘的誤差。證明如次：根據(jù)廣義相對論的表述，時間膨脹應是引力場中時空的一種固有特性，與所用時鐘的類型無關；設想，將GPS系統(tǒng)現(xiàn)有的銫原子鐘統(tǒng)統(tǒng)改為精度更高的脈沖星時鐘，即分別在衛(wèi)星上和在地面接收脈沖星的脈沖信號并以此確定各自的時間；一方面，衛(wèi)星上與地面的引力場差別依然存在，另一方面，衛(wèi)星上與地面的脈沖星時鐘的讀數(shù)不再有每日45微秒的差別。這就證明了‘引力場造成了時間膨脹’的說法不成立。 3. 平太陽時的啟示 真太陽時是根據(jù)地球與太陽之間的相對運動，即在地球上觀測太陽的視位置來確定的，但是太陽的周年視運動是不均勻的。為了消除這種不均勻性，Newcomb提出了平太陽時的概念：假設有一個視太陽在赤道面內圍繞地球沿圓軌道均勻轉動，從1900年1月1日中午的春分點起算，將轉動一周又回到春分點的時間定義為一個標準回歸年（tropical year）。這樣，可根據(jù)平太陽在赤道面上均勻轉動的位置確定對應的時刻。至于Newcomb為什么假設有一個視太陽在赤道面內而不是在黃道面內圍繞地球沿圓軌道均勻轉動，大概是為了更接近人們依據(jù)地球自轉確定時間的經驗。 總之，Newcomb的平太陽是一個假設的太陽，是從真實太陽視運動軌道抽象出來的；一方面，保留了真實太陽視運動的主要特征，即標準回歸年的長度等于真實太陽視位置兩次（1900.1.1中午為第一次）經過春分點的時間差，另一方面，又消除了真實太陽視運動的不均勻性。這樣的抽象方法可能對我們研究‘時鐘’與‘時間’有所啟示。 4. 時間是系統(tǒng)時鐘的共同約定 在一個系統(tǒng)內，存在無數(shù)時鐘；由于物理環(huán)境的差別，每一個時鐘都是有誤差的；人們對其中持續(xù)過程長、相對穩(wěn)定均勻的一個作理想化、絕對均勻化處理，并共同約定為系統(tǒng)的標準時鐘；以此標準時鐘為基準，對其它時鐘，作誤差校正。這樣，在這一系統(tǒng)內，由所有具體時鐘的物理環(huán)境的差別引起的時鐘誤差被消除了。例如，對GPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星時鐘作每日45微秒的校正，就是將地面主控站的銫原子鐘，約定為整個GPS系統(tǒng)的共同標準。各顆衛(wèi)星的時鐘，都向這個共同標準看齊；整個GPS系統(tǒng)，時間是統(tǒng)一的。 對于由若干小系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)，應在大系統(tǒng)范圍內，共同約定統(tǒng)一的標準時鐘，由所有小系統(tǒng)之間物理環(huán)境的差別引起的時間差別被消除了。比如，對于太陽系，應在整個太陽系范圍內，共同約定統(tǒng)一的標準時鐘，太陽、月球、水星、金星、地球、火星、木星、土星、海王星、天王星之間的物理環(huán)境差別引起的時間差別被消除了。對于由無數(shù)星系組成的宇宙，應在全宇宙范圍內，共同約定統(tǒng)一的標準時鐘，星系之間的差別引起的時間差別被消除了。 在1967年召開的第13屆國際度量衡大會上通過一個協(xié)議：‘對處于零磁場環(huán)境下，絕對零度時完全靜止的銫133原子，將其基態(tài)的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續(xù)時間定義為1秒’。這個定義實際上就是一種理想化的共同約定，實際使用的銫原子鐘，沒有一個會滿足如此嚴苛的條件。此約定進一步告訴我們，磁場、溫度、運動，當然還有局地引力場，都會影響銫原子鐘的速率,帶來誤差。將引力場差別引起的特殊類型時鐘的誤差說成是時間膨脹，是一個不自洽、不合理、不正確的概念。 結論和討論 現(xiàn)在，我們也許已可以回答：時間是什么？第一，系統(tǒng)的時間是系統(tǒng)內所有客體，為了表征系統(tǒng)內所有物理過程次序的共同約定；第二，這樣約定的系統(tǒng)時間是從系統(tǒng)內所有時鐘抽象出來的，已消除了具體時鐘的各別特征，即消除了具體環(huán)境對具體時鐘影響之差別；第三，在一個系統(tǒng)內，時鐘有無數(shù)個，但時間是統(tǒng)一的，時鐘有誤差，但時間不會膨脹。總之，時間是從時鐘讀數(shù)中抽象出來的，但‘時鐘讀數(shù)不等于時間’。 洛倫茲認為，物理學研究的目的就在于‘尋求簡單的、可以說明所有現(xiàn)象的基本原理’。今天，本文對‘什么是時間’的理解似乎是‘簡單的’，既可以自然解釋引力場造成了銫原子時鐘的誤差，也可以自然解釋引力場對脈沖星時鐘無影響，似乎‘與所有現(xiàn)象都不矛盾’，似乎向洛倫茲的觀念又靠近了一步。 愛因斯坦是一位偉大的探索者，在電磁學和量子力學方面都有許多深刻的思考；愛因斯坦又是一位誠實的科學家，他心悅誠服地接受羅伯森的批評，果斷放棄了‘引力波不存在’的錯誤結論，改用達朗貝爾方程的推遲解獲得了‘引力波存在’的結論。愛因斯坦晚年，深入思考和總結他一生的科學貢獻。在他70歲生日之時，對他的發(fā)小，終生的摯友索洛文坦言：“我感到在我的工作中沒有一個概念是很牢靠地站得住的，我也不能肯定我所走的道路一般是正確的�！� 今日的我們，面對愛因斯坦晚年的這段肺腑之言，大概不能簡單地理解為‘偉大的謙虛’。 （2016.9.19） 轉載本文請聯(lián)系原作者獲取授權，同時請注明本文來自湯克云科學網博客。 鏈接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-773716-1003682.html 上一篇：開放的洛倫茲對中國科學家的啟示 下一篇：洛倫茲與愛因斯坦：師生相敬的典范 |
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你講的的是時間的測量，但不是時間的本質!就因為你把周期運動比做時間的計數(shù)一樣，這個在邏輯學上是重復的循環(huán)證明。沒有任何價值 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
4樓2017-06-11 23:14:34
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tianshixing
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5樓2017-06-12 00:35:08
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