设为首页收藏本站

UFO探秘网

 找回密码
 网站注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

头条推荐
24小时热帖
酷图推荐
最新帖子
社区图文
最近回复
查看: 7648|回复: 0

揭开自然界最深奥的·····时间的本质之谜

[复制链接]
张祥前DS 发表于 2013-7-13 21:41 | 显示全部楼层
时间的本质到底是什么?千百年来许多科学家和哲学家喋喋不休的说了无数遍,也没有一个定论。这篇文章给大家一个全新的、精确的解释。为了获得可靠、精确的结果,这篇文章使用数学分析,来定性、定量的分析时间的本质。
首先我们提出以下基本认识。
对于生活在这个自然界中,我们所观察到的各种东西和各种现象那可真是五花八门、形形色色复杂到了极点。但是仔细一分析,可以把他们分为两大类,一类为物、一类为事。像我们眼前的一座山、一棵树、一个人、一条河……这些都是物;人的思想,河水的流动,树的生长……这些都是事,是“物”相对于我们观测者运动所表现出的一种性质。
宇宙是由物质点和它周围空间构成的,不存在第三种与之并存的东西,宇宙中只有物质点和空间这两件东西是“物”,其余的都是“事”。一切物理现象都是“事”,是物质点在它周围空间相对于我们观测者运动所形成的。
时间也只是一种现象,时间也应该属于" 事" 的范畴,因而我们不能像物质点那样把它看作是一个具体存在的东西,也不能够把它看成是物的组成部分,时间来源于物体相对于我们观察者运动给我们观察者的一种感觉,它是不能脱离我们人而独立地存在着。一句话,时间也只是人的一种感觉而已。
时间这个物理概念也可以这样认为:时间是某某物体在它周围空间运动引起我们人的一种感觉。为了精确的定义时间,现在我们只要搞清楚两个问题,第一个问题:什么东西在空间运动引起我们有时间的感觉;
第二问题是:这个东西是以什么方式在它周围空间运动的。什么物体在它周围空间运动才使我们观测者具有时间的感觉?这个物体是我们赖以生活的地球吗?当宇航员登上月球他们仍然具有时间的感觉。这个物体同样的道理不会是恒星和太阳。
也许会有人认为:会不会是很多物体共同影响我们观测者,才使我们有了时间的感觉,仔细地分析一下,这个看法也是靠不住的,让我们做个假想实验,答案将一目了然。
设想:现在用宇宙飞船把一个人从地球上接走,送到某处空间区域里,在这处空间区域里,没有一个物体,别的星球离这儿都非常非常遥远。宇宙飞船把这个人送到这里丢下后立即返回,而在这种情况下,我们可以设想这个人仍然具有时间的感觉,在他心中时间仍然是一分一秒地走。根据我们前面的看法,他获得时间的感觉起因是某某物体在空间位置中以某种方式运动变化,而在这种情况下,这个物体只有这个人的身体而已。因此,唯一合理的看法则是:
时间是观测者对自身在空间位置中以某种方式不断变化运动的一种感受。
这个有关时间的物理定义如果的确是正确的话,可能人们仍然有许多疑问。
一、在人类没有出现之前的时间如何理解?人在地球上生活也不过只有一百多万年历史,单地球形成至今就有四十六亿年,那么在人出现之前早就有了时间,如果认为时间是人的一种感受,这段时间在没有人的情况下存在着,那怎能说是人的感受呢?时间的过去和未来同样都是以现在作为参照系来定义的,换句话,只要有现在,便就有过去和未来。如果地球上从来没有人的话,那也就无所谓过去和未来。因为没有了人,又哪来的" 没有人之前" " 没有人之后" 的时间。时间的先后、现在如同地理位置的东西南北,任何地方的东西南北都不是绝对的,都是相对于我们人来说的,想想看没有我们人,哪来的东西南北?哪来的上下左右?哪来的先后?
二、时间会不会是猪、牛之类动物的感受对于我这个有关时间的物理定义,有人问:时间会不会是猪、牛之类动物的感受,如果是又怎能精确定义为人对自身在空间位置上变动的一种感受,或者干脆称为猪对自身在空间位置中变动的一种感受,如果不是原因是什么?仅仅是因为猪大脑不及人大脑聪明?其实,时间的定义广义的可理解为:能够对运动感知的物体对自身在空间位置变动的一种感受,人把这种感受用时间这个词来表达出来,而猪也许只会用" 哼哼" 这个词来表达这种感受。
三、时间如何同一个运动的物体相联系我们描述一个物体在空间中运动,最简单我们需要了解某段时间在空间中移动了多远。在我们不清楚时间是什么尚不显露问题,一旦确认时间只是人的一种感受,我们的问题自然而然地讲出来了;
这个运动的物体能够和我们这种感受联系得上吗?退一步问:我们不在这个场合,这个物体的运动就不能描述吗?或者说没有一个确定的运动形式吗?
在物理学中强调的是效果。有一个物体在观测者我们看来是静止的,则完全能够把这个物体和我们合二为一看则是一个物体(尽管我们人有血有肉、头脑发达、化学性质同这个物体可能千差万别),对于我们描述一个物体相对于另一个物体来说完全可以的。  这样的话,在描述一个物体在空间位置变动时,有观测者在场时,观测者会说它某段时间内该物体走了多远,观测者不在场时,观测者总会寻找一个参照性的物体,暗暗地把自己与之等同起来,认为这个参照物体与观测者合二为一。
实际上大家也是这么做的,我们描述一个物体运动总要指出它相对于我们观测者的位置如何如何变化·····或者相对于我们认为静止的物体(观测者把它同自己合二为一、看作一个物体)如何如何变化。
四、时间的公共尺度问题。时间可能是张三对自身在空间位置变动的一种感受,也可能是李四对自身在空间位置变动的一种感受,单地球就这么多人,大家怎么会有一个公共的测量时间的尺度?所有的运动的观测者、感知者对自身在空间位置上变动的感受理所当然会在头脑中记录下来,然后把它同地球的转动、太阳的运动、铯原子的振动、脉搏的跳动……等其中的某种运动等同起来,大家最后约定把自身在时间位置上变动与其中某一种运动等同起来,这样便有了一个公共的测量时间的尺度。
五、如何看待" 时间只是个过程"有的人认为:客观冷静地分析" 时间只是个过程" ,这个判断不会出错,则反过来证明,时间是人的感受的观点是错误的。观测者在空间位置不断地变化当然也是个过程,认为时间是个过程当然不会出错,这种时间的看法对于时间的本质上认识只是不清晰、不够深罢了,并不是两种观点相互抵触。
六、认为时间是人的一种感觉会不会是一种唯心主义观点?如果认为时间是人大脑里想象出来的,与所有的物体和空间都不相干,这才是真正的唯心主义观点。从以上有关时间的定义可知,时间是人对自身在空间位置中变动的一种感受,它显然与人这个物体有关,并且是在空间(当然也是实实在在地存在着)里变化,描述一个实实在在的物体在客观存在着的空间中运动,怎能简单地认为是唯心主义呢?七、如何重新看待相对论中关于描述单一物体在空间中运动是没有意义的相对论认为:描述物体在空间位置中运动变化必须相对另一个物体才具有物理意义,描述单一物体在空间中运动是没有物理意义的。而在以上的时间定义中,明确指出时间的概念的获得源自于观测者一个人在空间中运动,这二者显然矛盾,那么,究竟需要修改那一种思想呢?
在笔者看来,要描述某个物体在空间中变化具有物理意义,必须指明相对于某个观测者而言的。描述物体在空间中运动只有相对于某个确定的观测者才具有物理意义。描述一个物体相对于另一个物体的位置变化未必就一定有物理意义。在上一节曾提到过:一切物理现象只不过是物质点在它周围空间运动的一种表现而已,点在它周围空间运动引起了观测者的感觉,观测者对其加以分析,总结便形成了物理概念。一句话,描述物体在空间位置中变化,只有相对于一个明确观测者才具有物理意义,在没有观测者或不指明哪一观测的情况下,描述物体在空间位置中运动都毫无意义。
我们在描述地球上的物体(比如人造卫星)常以地球作为参照物,实际上我们观测者把自己所处的位置与地面所处的位置等同起来,换句话来说,我们人与地球合二为一看成为一个物体,在问题(三)中我们就讨论过这个问题。
有关运动的牛顿力学相对性原理以及相对论的相对性原理都不够彻底,更彻底的运动相对性原理应该是:
描述物体在空间位置中的运动变化只有相对于某一个确定的观测者才具有物理意义。八、观测者为什么一定会在空间位置中变动?按照以上有关时间的物理定义,如果处于空间某处的观测者不在空间位置变动,那么这个观测者将不具有时间的感觉。现实世界中从来未发生过那个人没有时间的感觉,这从反面说明处在任何一处空间区域里观测者的位置总是要变化。至于为什么一定要变化,以及如何变化在我其他文章中以有详细的描述。在这里我简单地讲一下:在物理学中运动状态和几何中的垂直状态是等价的,一个物质点处于垂直状态中其位置一定会变化。
九、观察者是以什么方式在空间中运动的?这个问题的论证非常复杂,在文章后面有详细的描述。
十、观察者能否感觉到自己在空间中运动的?我们知道一个人坐在一个匀速运动的船里面,他是感觉不到自己在运动的。但是人对加速度是有感觉的,比如人在运动的电梯里,在刚起飞的飞机里,上面说的观察者是以螺旋式在空间中运动变化的,人们虽然觉得时间是在匀速变化、流逝,但实际上不是观察者在空间中以匀速直线运动获得的。我们知道人有听、嗅、味、色、触五大感觉。空气的震动传到我们的耳朵,我们有了听觉,嗅觉是我们通过鼻子获得的,味觉是我们通过舌头获得的,光照射到我们的眼睛,我们有了颜色的感觉。触觉是物体直接撞击我们皮肤的结果,热也可以说是触觉的一种。对于一些人不明白的的感觉,人们统称为第六感觉,人们往往对第六感觉很神秘。我认为还有一种加速度感觉也是很常见的一种感觉。在一个上升或者下降的电梯里,在一个起飞或者降落的飞机里,在一个刚启动或者要停止的汽车里,人们对速度的变化(也就是加速度)感觉是很明显的。这种感觉和以上的五种感觉明显对不上号,它属于人的另外一种感觉。人生活在地球上对重力的感觉肯定是对加速度感觉的一样的。人对重力的感觉常常不以为然,宇航员一旦到了太空,处于失重状态,人对于重力感觉的差异的体会可就太深刻了。人的听、嗅、味、色觉本质上应该都是触觉,前面我们讨论过一切物理现象都是物质点在空间运动所形成的。空气中分子作用我们的耳朵使我们有声音的感觉。嗅觉和味觉也是分子作用于我们的鼻子和舌头。颜色的感觉是光刺激了我们眼球的结果,而光实际上也是一些微小的粒子。但是人对加速度的感觉与这些是不同的,它是人自己在空间中加速运动形成的。人身体可以说是由各种组织构成的,而各种组织又是由分子构成的,这些分子由分子之间的相互作用力而构成一个整体,人在做加速度运动时,影响了这些分子之间的作用力,这个应该是人对加速度感觉的根本原因。人对时间的感觉与对加速度的感觉有相似的地方。本质上都是我们自己身体在空间中运动引起我们自己的一种感觉,虽然我们暂时不了解,但我们不能够就说不存在。我们还可以做个试验,把一个人蒙上眼睛,用一个金属棒缓慢的贴近这个人的耳朵,你问他是左耳朵还是右耳朵,一般人回答正确的概率是非常高的,人的这种感觉明显不同于前面的六种感觉。有关人的感觉,我们知道的并不多,所以有的人用这个来攻击我的有关时间的物理定义是不可取的。
以上有关时间的物理定义如果确是正确的话,不说明我们对时间认识已经完成,而只是对时间的真实面目认识的第一步,因为在这以前绝大多数人都认为时间是一种客观存在的东西,是宇宙的组成部分。从以上的分析来看,这种看法是根本上错误的。回顾一下历史牛顿力学认为时间自行流逝于我们观测者无关.相对论力学认为时间于我们观测者的运动有关在这里我们进一步指出时间不仅于我们观测者的运动有关而且就是我们观测者自己在空间中运动所造成的
时间的本质和光速不变是紧密的联系在一起的,下面,我们利用时间的物理定义来导出光速不变。
一提到光速不变,我们马上就想到了洛伦茨变换,洛伦茨变换是狭义相对论的基础,而洛伦茨变换中光速不变是主要依据。
首先我们来给出洛伦茨变换的推导过程。
设有两个直角惯性坐标系S系和S'系,任意一事件在S系、S'系中的时空坐标分别为(xyzt)、(x'y'z't')。
在洛伦茨变换中y= y'z= z',为了简单所见,我们现在只考虑x, t,x', t'之间的变换。
在下图中,x轴和x'相互重合,在t'= t =0时刻,O O'点相互重合在一起,S'系的原点O'相对S系的原点O以速率v沿x轴正方向运动。
[url=http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html#blogid=89b07c280101dl9t&url=http://s13.sinaimg.cn/orignal/89b07c28ge0e7d5b9c40c][/url] 未命名智慧.PNG



我们来求出由两个坐标系测出的在某时刻发生在x轴上P点的一个事件(例如一次爆炸)的两套坐标值之间的关系。
S'系中测量,发生在P点的爆炸的空间、时间的坐标分别为x', t',也就是说爆炸发生在t'时刻,发生的地点是在x'轴上离原点O'距离为x'处。
S系中测量,发生在P点的爆炸的空间、时间的坐标分别为x, t,也就是说爆炸发生在t时刻,发生的地点是在x轴上离原点O距离为x处。
在上图中,可以直观的看出
x'= x –vt                    (1)
x = x'+ vt'                     (2)
按照伽利略相对性原理的思想,时间、空间长度的测量于观测者的运动没有关系,上式可以成立。但是,相对论认为时间、空间长度的测量于观测者的相互运动速度有关,以上时间的物理定义明确告诉我们,时间是观察者的运动造成的,肯定与观察者运动相关,所以(1)式和(2)式要分别乘上一个系数kk'才能够成立。
x'= k(x –vt)
x = k'(x'+ vt')
由于S系相对于S'系是匀速直线运动,因而我们应该合理的认为x' (x –vt) x (x'+ vt')之间的关系应该是线性的,所以kk'应该是常数。
相对论的相对性原理认为物理定律在所有的惯性参考系中都是相同的。也就是说,不同惯性系的物理方程形式是相同的。所以kk'应该相等。
对于k的值,洛伦茨变换用的是光速不变求出的。
设想由原点OO')在重合时刻发出一束沿x轴正方向的光,设该光束的波前坐标为(xyzt)(x'y'z't'),以波前这一事件作为对象。由于光速cS系和S'系是相同的,有
x = ct                          (3)
x’= ct'                          (4)
由(1,(2),(3),(4)式联合可以求出洛伦茨变换:
x'= (x –vt) 1/√1- v²/c²                      (5)
x = (x'+ vt') 1/√1- v²/c²                  (6)
t'= (t–vx/c²)1/√1- v²/c²                     (7)
t= (t'+ vx'/c²)1/√1- v²/c²                    8)
y = y'                                     (9)
z = z'                                      (10)
下面我们用时间的物理定义来解释(3)式和(4)式的所谓光速不变。
光速不变的实质反映了时空同一性,即时间的本质就是空间运动变化造成的。
我们提出这种基本看法,宇宙中任何一个物体(当然包括任何一个观测者)周围空间都以光速c辐射式的向外运动,空间这种运动给观测者造成的感觉就是时间。
观察者在空间中运动与观察者周围空间的运动,本质上应该是一回事情。因而可以认为时间于观测周围空间以光速离开观测者运动的距离成正比。而光是静止于空间中被空间这种运动带着向外跑的。
我们习惯了粒子在空间中的运动,现在有一个问题,空间本身的运动我们如何去描述?
一条直线,我们可以看则是由无数个点构成,一个平面我们也可以看则是由无数个点构成,同样道理,我们可以把三维空间看则是由许多个点构成,称之为几何点。描述这些几何点的运动,就可以描述出空间的运动。对于时间,可以认为:
时间于观测周围空间中几何点以光速c离开观测者走过的距离成正比。
在以上的S系和S'中,设想在t'= t=0时刻,O O'点相互重合,一个几何点从O O'出发,过一段时间到达P点。
对于几何点从O点出发达到P点这件事情,S系中的观测者认为,这个几何点走了x这么远的路程,用了t这么长时间,而在S'中的观测者认为,这个几何点走了x'这么远的路程,用了t'这么长时间。
由于时间于观测周围空间中几何点以光速c走过的距离成正比,所以,S'系中的时间t'S系中的时间t等于S'系中的几何点走过的路程x'S系中几何点走过的路程x,也就是
x/ x' = t/t'
将上式作一个变换,
x/ t = x'/t'
由于x/ t x'/t' 都是位移比时间,所以
x/ t = x'/t'  = 速率 = c
这个就证明了(3)式和(4)式中的光速c应该是相等的,这个也说明了有一个于时间密切相关的速率c,在相互运动观测者看来c的值是相等的。
我们还有一个问题:就一个参考系来讲,为什么光速是常数?这个可以这样理解,时间完全的等价于观测者周围空间的运动,也就是
运动的空间 = 时间。
为了在物理上使运动的空间 = 时间成立时量纲不发生混乱,我们需要在时间前面乘上不随时间、运动空间变化的一个常数---光速,
运动的空间 = 光速乘以时间
两个相互运动的观测者发现同一束光的光速是相同的(就是光速不变性),原因是空间以光速运动,光是静止于空间中被空间运动带着向外跑的,两个观测者都发现对方的产生时间的运动空间的位移(光速中的分子)变化了,而时间(光速中的分母)随之同步变化,结果光速仍然不变。
光速反映了时空同一性,光速比起发光现象更能够表现出自然界的本质规律。光速和时间一样,是我们为了描述空间的运动而人为抽象出的一个概念
可能人们还有一个疑问?观测者周围空间有许多几何点,为什么一个几何点的运动就可以表示时间?
这个应该这样理解,时间反映了空间运动的一种性质,我们观测者通过描述空间中许多几何点的其中一个,就可以把空间具有时间这种变化的性质给表现来,这个也表明了,时间不能够脱离观测者而独立存在。
下面我们再来考虑两个几何点相互垂直运动的时空情况。
设想有一个物质点O点,两个观察者甲和乙,在某一个时刻相对静止,并且位置和O点重合。甲和乙都以光速穿越空间运动。
打个比方,空间的运动如同一条以光速流动的河水,甲乙二人像随水流运动的小船,如果其中有一个观察者乙以水流速度逆流而行,在另外一个观察者甲看来乙相对于河岸是静止的。
现在把河水换成空间,如果其中有一个观察者乙相对于甲以光速穿越空间运动,在另外一个观察者甲看来乙的时间是静止的,这个看法和相对论是一样的。设想从某个时刻开始,乙和甲分开,乙以光速随河水流动又以速度v朝岸边行驶,甲继续随河水流动,这样在时间为t内,甲走了
A = C t
t
是甲的时间。而乙走了
B =
vT² + A²
T是乙的时间。由于时间与观察者自己在空间中以光速走过的路程成正比,这样甲的时间t和乙的时间T相比较
A/ t = C =B/T
经过运算,可以得出:t =T√1-(v/c²
观察者甲和乙在空间中以光速c运动,乙相对于甲多走了vT这么远的路程,但是时间相应的又增加了,这个光速的分子位移B增大了,分母时间T也相应的增大了,结果导致穿越空间的光速c不变。两个相互匀速运动的观察者如果认为哪一个相对于O点在运动,运动观察者的时间要大于静止观察者的时间,这样得出的结果和相对论的结果是一样的。
腾讯网 搜 张祥前新浪博客更多神奇文章。



您需要登录后才可以回帖 登录 | 网站注册

本版积分规则

联系我们|UFO探秘网 ( 蜀ICP备12014248号-1渝公网安备 50011302000820号|网站地图  

GMT+8, 2020-4-9 02:25

Powered by UFO探秘网

© 2010-2014 UFO 外星人 麦田怪圈

快速回复 返回顶部 返回列表