对时间的正确认识.docx

对时间的正确熟悉苏州高校物理系老校友朱德生时间，是人们在日常生活中常常遇到的问题。时间是什么？一般人是将时间与“天”联系起来的，最通俗的说法是，太阳早晨从东方升起，傍晚由西方下落，至次日再升起，就是一天。而科学的说法是，地球绕自身旋转一周的时间就是一天。而一天的二十四分之一，就是1小时。1小时的六非常之一为1分，1分的六非常之一为1秒。地球绕太阳公转一周，称为一年。1年与1天的关系是，1年*365.25日。这种对时间的理解，是一般人对时间概念的熟悉。在国际上，为统一全世界人们对时间的熟悉，在1960年以前,由国际计量大会（QPM）确定的：1秒为平均太阳日的1/86400.即ISeCOnd（秒）=1/86400MeanSolarday（平均太阳日）.随着科学技术的进展，现在已将1秒精确定义为，锋133原子基态的两个超精细能级间跃迁，对应的个振荡周期的时间。时间毕竟是什么？经典物理学认为，时间和空间是纪录物体运动状态（位置、速度和加速度）的物理量。若能够测定一个物体在某一时间间隔内，所在空间的位置变化状况，则就能采用物理学学问，确定它在某一位置的速度和加速度，以及它以后的运动规律。所以，时间是物理学中一个极其重要的物理量.在详细的演算中，物体所在的空间，用x、v、Z三个直角坐标,或r,S,0三个极坐标表示.而物体运动的时间，则用/表示。在物理学上，还将空间的三个坐标称为三维，而将时间称为第四维。经典物理学认为，物体在三维空间中所占有的体积的大小，以及在空间中运动所用的时间的长短，都是肯定的，它们不随物体的运动速度变化的而变化。后来，爱因斯坦(EinStein)依据试验事实，提出的狭义相对论认为，物体在三维空向中所占有体积的大小，以及在空间中运动所用的时间的长短，都是相对的，它们会随物体的运动速度而发生变化。为了说明狭义相对论关于时间随物体的运动速度变化的论述,在地球上建立直角坐标系S,相应的坐标轴为x,z.运动物体以速度U,沿X轴向,背离或向着S系的坐标原点运动.与运动物体相连的坐标系S*,它的坐标轴x*,y*,2*与X,z两两相互平行,由狭义相对论可得出的地球上的时间间隔加=L-九与建立在运动物体上的坐标系S*中时钟纪录的时间Ar=C-匚是不一样的。地球上时钟的读数：r=r2-r1,与运动物体一起运动的时钟的读数：的关系为=>×-或'*=卜%2加。由上式知道，同运动物体一起运动的时钟纪录的时间，要比静止在地球上的时钟纪录的时间要少。也就是说，在地球上的人过了一天，在运动物体上的人，只过了几小时，甚至只有几分钟。运动物体的速度。越大，运动物体上的人，过的时间更短。这就是狭义相对论得出的结果，也是人类对时间首次有了较为正碓的熟悉。爱因斯坦提出广义相对论后发觉，时间还受引力作用的影响。人类生活的地球，处于茫茫的宇宙中，地球上的人到宇宙中航行时，会受行宇宙中星体的引力作用。与宇宙飞船一起运动的时钟，由于引力的作用，它纪录的时间，或在宇宙飞船上的人感觉的时间，要比地球上纪录的时间，或地球上的人感觉的时间要短得多。关于这个问题，应用爱因斯坦的广义相对论的场方程，可以计算出来。设宇宙飞船以速度U,向质量为M的星体运动，在地球上的观测者认为，宇宙飞船已经运动了很长时间/,而在宇宙飞船上的人感觉到的时间，或宇宙飞船上的时钟纪录的时间了为r=cVczrczrC2明显ArvA人即宇宙飞船经受的时间，要比地球上经受的时间短。引力作用会影响时间的快慢，最有说服的例子是黑洞。黑洞因自身强大的引力作用，它会不断汲取它四周的宇宙物质。但这个黑洞的物理现象，以及它形成的物理机制，一开头就受到人们的质疑。这由于，在地球上的观测者，观测到黑洞汲取它四周的宇宙物质的时间，是一个无限长的过程。关于这点，可应用爱因斯坦的广义相对论的场方程，和物体在引力场中的运动方程，可计算出黑洞四周物质被黑洞吸引进黑洞的时间。地球上观测者观测到的时间，为2GM./2G、骨物t=9-log(r)+吊数cc式中，厂是黑洞的临界半径(即恒星演化成黑洞应满意的半径)，M黑洞的质量。从上式知，当一粤,t,即，c在地球上观测到的黑洞四周的物质，被黑洞吸进黑洞，或运动G/,A/f物体运动到黑洞的临界半径外二J一的时间是无穷大。正由于C如此，在上世纪当一些科学家提出黑洞理论时，会遭到很多人的质疑。认为宇宙中根本不存在黑洞。后来，进一步讨论发觉，与运动物体一起运动的时钟纪录的时间不是无限的，而是有限的。设运动物体运动到黑洞的临界半径厂的时间为凡通过计算-T/日dr,2/12GM、iT可得：_=-cZrz-(l)J2arCr由上式知，当运动物体离M的距离-趋近至为=考时，雾趋近至一"“随时间T增长变小，故引。，为负值)。即被黑洞吸引的物质，到达黑洞表面的时间为所以，与运动物体一起运动的观测者，他测得的时间是有限的。由此可知，某些恒星演化黑洞后，由于它的强大的引力，它能不断的汲取它四周的宇宙中的物质。由此也可证明宇宙中的确能存在黑洞。现在，宇宙学家已经在宇宙中拍摄到黑洞的照片，再次证明宇宙中存在黑洞。理论也证明，恒星只要满意特定的条件：为二一丁为恒星演化收缩到最终的半经，M为恒星的质量），恒星最终就会塌缩成黑洞。引力场的引力作用，本质上是引力场将它四周的时空，扭曲成曲率极大的时空。因而，假如某些物体进入了曲率极大的时空，与这些物体相连的时钟就会走慢，纪录的时间会比地球上记录的时间要少得多。我们国家古代的神话故事里，常有天上方一日，地上已数年之说，从现代的科学观点来看，是有道理的。曾经有过报导，说是一架1955年7月2日从纽约起飞的客机，经过35年才降落在委内瑞拉某一机场。飞机上的人却认为，才经受了几个小时，而且仍与上飞机时一样年轻，而地球上的人却已过去35年，他们的亲人也都已老了。这飞机及上面的人，为什么会这样？从物理学的角度来分析，是这架飞机在飞行中，误入了时空曲率极大的时空。如何才能正确理解我们常常遇到的时间？应当同物体的运动联系起来。时间是与物体的运动相关的物理量，离开了物体的运动谈时间，是没有意义的。地球上的人说的时间，是以地球运动相连的时间。在宇宙中以几乎接近光速高速飞行的宇宙飞船上的时间，或者在空间曲率极大的宇宙区域飞行的宇宙飞船上的时间，是宇宙飞船上的时间，不能同地球上的时间等同起来。它经历的时间，要比地球上的时间短得多。所以，将来人类乘坐宁宙飞船向宇宙中某一星球高速飞行时，飞船到星球的时间，在地球上的人看来，需要数十年甚至数百年的时间，并以为乘坐飞船上的人，还未到达要去的星球，已经老了，甚至已经死亡。但事实是飞船经受的时间才数十天，飞船上的人还同刚离地球时一样年轻。而同他们曾是同龄的人，的确是老了，甚至已经去世。2022年8月写于南京