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时间是怎么产生的?时间的概念是什么

02月10日 编辑 39baobao.com

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定义:(物理学定义)时间是事件发生到结束的时刻间隔。 时间的基本概念 一切宏观物质状态的变化过程都具有持续性和不可逆性,此性质是它们共同的属性,而此连续事件的度量称为时间。 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 爱因斯坦 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。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证实的,试图将相对论与量子力学结合起来的理论,如量子重力理论,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。 从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。从经典力学的角度上来看,时间的不可逆性是无法解释的。两个粒子弹性相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。 时间定义:人类在生活中总结出时间的观念,其根源来自于日常生活中事件的发生次序。当然人们在生活中得到的绝不仅仅是事件发生次序的概念,同时也有时间间隔长短的概念,这个概念来源于对两个过程的比较——比如两件事同时开始,但一件事结束了另一件事还在进行,我们就说另一件事所需的时间更长。

这里我们可以看到,人们运用可以测量的过程来测量抽象的时间。 在物理学中也是类似,时间是通过物理过程来定义的,首先在一个参考系(要求是惯性系,或者是非惯性系,但过程发生的空间范围无穷小)中,取定一个物理过程,设其为时间单位,然后用这个过程和其他过程比较,以测定时间。 但测量时间(即上述比较过程)必须有同时性概念。

过程开始有一个同时性问题,过程结束也有一个同时性问题——最简单的例子:我们要求运动员在发令枪开枪同时起跑,同时计时员开始计时,并在运动员抵达终点线时计时员必须同时停止计时。 这个问题具体见各类相对论书籍。同时性问题,使得古典牛顿力学、狭义相对论和广义相对论有着不同的“时间”。直观概念告诉我们:任何人在事件是否同时上是可以达成一致意见的(也许某些人会欺骗别人,造成类似侦探小说或政治小说中的情形,不过这是人类“高智商”的表现,我们完全可以用测量用的仪器来代替:),所以我们之后不说人,而说观察者)在相对论中,观察者的运动状态引起同时性的变化,或者说观察者1以v1运动,认为同时的两件事,以v2运动的观察者2可能会认为不同时——这导致时间测量的相对性。

从数学上说,古典牛顿力学中时间参数只有一个,所有参考系共享此时间参数。这其实就是假设所有参考系,所有空间位置可以共享同一个同时性定义。 而狭义相对论认为不同参考系就不同时了,即不同参考系有各自的时间参数t,其间关系由洛伦兹变换决定。广义相对论认为不同地点也会不同时,广义相对论中关于时间有比较复杂的内容,参见广义相对论书籍。

当然请注意:严格说这不是简简单单的“认为”,而是基于两个假设:狭义相对论是光速不变原理。广义相对论是引力本质为时空弯曲等。而这两个假设得到了实验的广泛验证。 上面我们说完了时间间隔测量的问题。但前面也提到:时间的先后次序是人们在日常生活中对时间的第一印象。古典牛顿力学中,这一点很容易理解:我们有唯一的时间参数t,所以任意两事件(一个发生在t1,另一个发生在t2)也就有确定的先后次序。

那么相对论中呢?相对论中同地两事件先后顺序的确定的,这可以从洛伦兹变换直接看出。但可以肯定,相对论中不同地两事件的先后次序也是随参考系(我很愿意这么说:仪器的运动状态不同,这样能够把事情的本质说出来)不同而不同的。但这里就有一个问题:会不会有可能在参考系1中事件a先于事件b发生,且事件a的发生影响了事件b的发生(最极端的情况,使得b无法发生,譬如一个孩子杀死了他年轻的祖父),而在参考系2中正好反过来?如果是这样,物理学乃至一切原理中最重要的一个...

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