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2013-9-30 22:47|查看:3470|评论:0|字体: 繁体

钟表是最常见的计时仪器

 

钟表是最常见的计时仪器

 

时间是指宏观一切具有不停止的持续性和不可逆性的物质状态的各种变化过程,其有共同性质的连续事件的度量衡的总称。

 

丈量与记录

 

计时仪器

 

中国古代的计时仪器有太阳钟和机械钟两类。太阳钟是以太阳的投影和方位来计时,分别以土圭、圭表、日晷为代表。由于地球轨道偏心率以及地球倾角的影响,真太阳时和平太阳时是不一致的,机械钟应运而生,代表有水钟、香篆钟、沙漏。

 

单位

 

时间的基本国际单位是秒。它现在以铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间为标准。

 

位于塔干洛的水平日晷

 

位于塔干洛的水平日晷

 

物理学

 

目前最广泛被接受关于时间的物理理论是阿尔伯特·爱因斯坦的相对论。在相对论中,时间与空间一起组成四维时空,构成宇宙的基本结构。时间与空间都不是绝对的,观察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点,所测量到时间的流逝是不同的。 狭义相对论预测一个具有相对运动的时钟之时间流逝比另一个静止的时钟之时间流逝慢。在一九七一年,物理学家哈菲尔(Joe Hafele) 与基廷(Richard Keating) 做了证明。他们将高度精确的原子钟放在飞机上绕着世界飞行,然后将读到的时间与留在地面上完全一样的时钟做比较。结果证实:在飞机上的时间流逝得比实验室里的慢。据爱因斯坦的理论,当移动的速度越快,时间流逝速度越慢,当移动速度达到光速的一半时,时间约慢13%。

 

另外,广义相对论预测质量产生的重力场将造成扭曲的时空结构,并且在大质量(例如:黑洞)附近的时钟之时间流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。现有的仪器已经证实了这些相对论关于时间所做精确的预测,并且其成果已经应用于全球定位系统。

 

就今天的物理理论来说时间是连续的,不间断的,也没有量子特性。但一些至今还没有被实验证明过的,试图将相对论与量子力学结合起来的理论,如量子引力理论,弦理论,M理论,预言时间是间断的,有量子特性的。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。

 

根据史提芬·霍金(Stephen W. Hawking)所解出广义相对论中的爱因斯坦方程式,显示宇宙的时间是有一个起始点,由大霹雳(或称大爆炸)开始的,在此之前的时间是毫无意义的。而物质与时空必须一起并存,没有物质存在,时间也无意义。不过最近,霍金推翻了他自己的理论。

 

人类的开始人们就知道时间是不可逆的,人出生,成长,衰老,死亡,没有反过来的。玻璃瓶掉到地上摔破,没有破瓶子从地上跳起来合整的。从古典力学的角度上来看,时间的不可逆性是无法解释的。两个粒子弹性碰撞的过程顺过来反过去没有实质上的区别。时间的不可逆性只有在统计力学和热力学的观点下才可被理论地解释。热力学第二定律说在一个封闭的系统中(我们可以将宇宙看成是最大的可能的封闭系统)熵只能增大,不能减小。宇宙中的熵增大后不能减小,因此时间是不可逆的。

 

天文

 

最早研究时间的科学不是物理学,而是天文学。天文学的一个最重要的任务就是测量时间,从确定日的长短,四季的变化,到制定历法。在古代中国和在西方一样,制定历法的需要是推动天文学理论发展的重要因素之一。

 

今天的天文学已与历法或时间测量毫无关联了,但天文学观测对时间概念的发展依然非常重要。天体发出的光到地球上被观测到需要一定的时间。离地球越远的天体发出的光需要的时间也越长,因此对宇宙越远的地方的观测也是对宇宙越古老的时间的观测。现在最被公认的宇宙学理论(宇宙大爆炸理论)认为时间与空间和宇宙内的质能一样是在140亿年前产生的。目前的天文学观测估计宇宙的扩展是没有尽头的,因此时间也应该是没有尽头的。

 

哲学

 

什么是时间?时间是物理的,还是心理的?对时间的感受是绝对的,还是相对的?时间真的是不可逆的吗?时间有开始和结束吗?这些问题似乎都是物理或天文的问题,但哲学作为世界观的理论无法避免对世界上最基本的一个现象——时间,做类似的考虑。

 

因此对时间的考虑也始终是哲学的问题。

 

时间是否可分,这是困扰哲学家几千年的难题。古希腊哲学家芝诺提出两个悖论——飞矢不动悖论和阿喀琉斯悖论,以讨论时间的可分性。

 

近代物理学认为,时间就是一种物质内在或外在的一切变化的记录。在一个封闭的环境中,物质不存在任何变化;如果物质不存在,时间也同样不存在。因此近代物理学使用时空一词来描述。但霍金目前提出了不同的理论。

 

如果承认除你之外的客观主体存在,味道就是两个客观主体之间产生的现象。敲碎核桃,你反应的是“手很痛”这种感觉现象,核桃反应的是“碎了”这种现象。如果核桃有神经系统,它也能尝尝你的味道。

 

那么现象是否一定对应性质呢?对性质的描述必然只能通过现象,没办法直接掌握性质。那么性质本身是否存在就是个疑问,这就是经典笛卡尔怀疑论的根据。

 

我们似乎只能描述时间引起的现象,而不能定义时间本身,有一种说法倾向认为时间不存在,但是仅仅有时间引起的现象,没有时间的客观主体?这显然显得诡异。在物理学里,这应当指向高维的存在。

 

文学

 

在文学中,时间的流逝和不可逆性是一个古今中外一再提到的内容。光阴似箭,日月如梭,这句成语既体现了古人对时间的最直接的领会:日与夜、光与阴的交汇,也体现了古人对时间不可逆性的认识以及对此的感慨。

 

在科幻小说中,时间旅行是热门题材之一。

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