高中物理 第六章 相对论时间的相对性与绝对性

高中物理 第六章 相对论时间的相对性与绝对性

时间的相对性与绝对性 ‎ 一、时间的相对性 时间、空间，是一个人们讨论了上千年的话题，因为时空关系实在是太复杂，所以到目前为止还没有哪一个人能够说清楚它们之间的关系。现在让我们把问题简化一下，看看将会发生什么样的事情，看看将会得到一个什么样的结果。‎ 让我们回到宇宙的最简单状态：假设宇宙中除了一个质点以外不存在其他任何物质。我们知道，质点是一个具有质量而没有大小和形状的理想物体。那么，对这个质点来讲，由于没有其它物质作为参考，它不能判断自己的位置，也不能判断自己的状态是运动的还是静止的，它没有办法判断时间，对它来讲时间是不存在的。如果宇宙中有了两个质点以后是不是就有时间了，还是不一定，当两个质点保持相对静止时，还是没有时间。只有当两个质点之间产生相对运动的时候才有时间，只有在这个时候，才能根据质点之间相对位置的变化判断出时间的存在；而当两个质点保持静止不动时就没有时间，因为只要它们不发生变化，就没有这一时刻和那一时刻的概念，时间就是停止的。时间随物质相对运动的产生而产生，随物质相对运动的中止而停止。‎ 同样的道理，即使宇宙中存在着无穷无尽的物质，只要物质之间没有产生相对运动就不会有时间存在，只有当物质之间产生了相对运动的时候宇宙中才有了时间。时间不是物质，它只是物质运动的表现形式，它是由物质的空间运动产生的，没有运动就没有时间。时间不随物质的存在而存在，只随物质运动的产生而产生，随物质运动的停止而终止，时间只能相对于物质的运动而存在，它不是绝对的。这就是时间的相对性。‎ 运动是如何产生时间的呢？我们知道，运动是物质的运动，没有物质的运动是不存在的。现代科学证明，机械运动是宇宙中最普遍的现象，它是其他一切运动形式的基础，宇宙中各种各样的物质运动包括物理的、化学的、生物的、社会的以及思维的等一切运动形式都包括机械运动。而机械运动就是物体之间或同一物体各部分之间发生的相对位置的变化，就是物质的空间位置的远近次序发生的变化，是一个物质空间位置由近及远连续不断改变的过程，这个过程在空间上是连续的没有间断的。位置是空间概念的核心，是产生时间的根本，在空间中物质的相对位置是唯一的，我们还没有发现物质存在于两个空间的证据，也就是没有发生物质存在于这个位置上又存在于另一个位置的情况，其他空间概念包括方向、位移、距离、速度等等都是由位置衍生出来的，宇宙中的任何物质变化，包括力、能量以及各种社会事件等等，最终都要归结为物质空间位置的变化，正是由于这种位置变化产生了时间。那么什么叫时间呢？根据以上分析，我们可以这样说：时间就是指物质相对空间位置变化的持续性，是物质运动的空间位置远近次序更替和前后联系的表现。我们平时所看到的各种时间现象都是物质空间位置变化的不同表现形式，比如苹果由青变红就是由于苹果的内部结构发生了变化，这种结构变化表现在组成苹果的分子原子的空间位置发生了改变，正是这种变化导致了苹果在与光线的作用过程中表现为不同的颜色。因为是物质的空间位置变化产生了时间，所以有关时间的概念最终都是要通过比较物质的空间位置来确定。物质运动的某一具体位置产生了时刻的概念；物质运动的方向和空间位置的远近次序产生了时间的先后概念；物质在空间两个位置间的运动过程产生了时间间隔的概念，不同运动过程的比较产生了时间的长短概念。时间只是描述物质运动过程的一个参数，是描述物质运动过程的一个量。‎ 物质的空间位置是如何确定的呢？到目前为止，我们对空间还很不了解，我们不知道也找不到物质在宇宙中的绝对位置，我们能够确定的只是它的相对位置，平时谈的位置都是指相对位置。通常我们认为物质所存在的地方就是它的空间位置，其它物质的位置可以通过与它比较而获得。‎ 因为时间是由物 质的运动产生的，运动决定着时间，所以时间会随着物质运动的变化而变化，运动是原因，时间是结果。我们必须要搞清楚这个因果主次关系，是时间随着物质的变化而流逝，而不是物质随着时间的流逝而变化。现实生活中，正是由于人们搞混了这个关系，所以才在科学上产生了许多解释不清的矛盾。地球绕太阳公转速度的变化决定着一年时间的长短，地球自转速度的变化决定着一天时间的长短，钟表指针转动速度的变化决定着一个小时的长短，铯—133原子能级之间跃迁的变化决定着一秒的长短。而不是时间流逝一年地球就要公转一圈，不是时间流逝一天地球就要自转一周，也不是时间流逝一个小时钟表就要走一圈，更不是时间过了一秒铯原子能级之间的跃迁就要变化一次。‎ 由于物质世界存在着普遍联系，物质每时每刻都在与周围的其他事物发生着相互作用，这种作用时时刻刻地影响和改变着物质的运动，所以时间总是在不断地发生着变化。从这个意义上讲，时间也具有相对性。‎ 我们知道，运动是具体物质的运动。宇宙中所有的物质都在做相对运动，不同的物质形态、不同的物质个体其运动也都各不相同，世界上没有完全相同的两个物质运动存在，因此不同的物质形态、不同的物质个体都拥有自己的时间，不同的物质个体其时间也都各不相同，所以从这个意义上来讲，时间也是相对的。‎ 宇宙从什么时候起就有了时间？宇宙从物质产生相对运动的那一刻起就有了时间。可能有人会说，物质是运动的，物质从诞生的那一刻起就有了相对运动，那么我们就说从有了物质的那一刻起宇宙就产生了时间。‎ 有的哲学课本上这样描述运动、时间和空间：“辩证唯物主义认为，物质是运动的，而物质的运动总是在一定的时间和空间中进行的。物质的运动离不开一定的时间和空间，时间和空间是运动着的物质的存在形式。”这种说法是错误的，需要予以纠正，是运动产生了时间，而不是运动在时间中进行；是时间离不开运动而不是运动离不开时间；时间不是物质的存在形式，时间只是物质运动的表现形式。这是主次关系不能颠倒，是有了妈妈才有了孩子，而不是有了孩子才有了妈妈。‎ 可能有人会说，即使物质不动，空间本身也在运动，时间是绝对的。其实不是这么回事，一方面，我们目前还无法了解空间的运动，我们所知道的时间概念只能是从我们所认识的物质的相对运动开始；另一方面，如果空间本身也在运动，那将是另外一个时间概念，不是我们现在所说的这个时间，那个时间将用空间的运动来描述。我们现在所说的时间都必须是要通过我们能够观察到的物质的运动来描述的。‎ 二、时间的绝对性 既然时间不是绝对的，那么我们为什么会有绝对时间的感觉呢？难道我们的感觉错了吗？为什么牛顿会说“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。”？‎ 这是因为物质运动的绝对性。我们知道，运动是绝对的，绝对不运动的物质是没有的。日常生活中，存在于我们周围的所有物质都在不断地运动着、变化着，这种变化带给我们的感觉就是时间的流逝，所以我们每时每刻都能感觉到时间在不断地流逝，无穷无尽。物质运动的绝对性决定了时间的绝对性，从这个意义上来讲，时间是绝对的。‎ 运动是物质的根本属性和存在方式，物质和运动是不可分割的，时间是由运动产生的，是运动的表现形式，因此时间和物质也是不可分割的。有物质必然有运动，有物质必然有时间。从这个意义上讲，时间也是绝对的。‎ 现代科学告诉我们，宇宙中没有任何两个物质个体有着完全相同的运动，每个个体都拥有自己的时间，不同的个体时间绝不相同，从这个意义上来讲，时间也是绝对的。‎