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時間
 

時間是物理學中的七個基本物理量之一,符號為t。在國際單位制(SI)中,時間的基本單位是秒,符號s。

現代宇宙學理論認為,宇宙大爆炸「之前」沒有時間可言。「永遠向前」指時間的增量總是正數。

時間表達物體的生滅排列。 時間就是物質的運動和能量的傳遞。

基本信息

中文名 時間 應用學科 物理學
外文名 time 適用領域 哲學物理

天文、歷史

類別 絕對時間和相對時間v 符號 t
基本單位 秒S 常用單位 毫秒ms、分min

小時h、日d

提出者 列夫·尼古拉耶維奇

概念簡介

 

時間是一個較為抽象的概念,是物質的運動、變化的持續性、順序性的表現。時間概念包含時刻和時段兩個概念。時間是人類用以描述物質運動過程或事件發生過程的一個參數,確定時間,是靠不受外界影響的物質周期變化的規律。例如月球地球周期,地球繞太陽周期,地球自轉周期,原子震盪周期等。愛因斯坦說時間和空間是人們認知的一種錯覺。

愛因斯坦在相對論中提出:不能把時間、空間、物質三者分開解釋。時間與空間一起組成四維時空,構成宇宙的基本結構。時間與空間在測量上都不是絕對的,觀察者在不同的相對速度或不同時空結構的測量點,所測量到時間的流逝是不同的。廣義相對論預測質量產生的重力場將造成扭曲的時空結構,並且在大質量(例如:黑洞)附近的時鐘之時間流逝比在距離大質量較遠的地方的時鐘之時間流逝要慢。現有的儀器已經證實了這些相對論關於時間所做精確的預測,並且其成果已經應用於全球定位系統。另外,狹義相對論中有「時間膨脹」效應:在觀察者看來,一個具有相對運動的時鐘之時間流逝比自己參考系的(靜止的)時鐘之時間流逝慢。[1]

時間是地球(其他天體理論上也可以)上的所有其他物體(物質)三維運動(位移)對人的感官影響形成的一種量。就今天的物理理論來說時間是連續的、不間斷的,也沒有量子特性。一些至今還沒有被證實的,試圖將相對論與量子力學結合起來的理論,如量子重力理論、弦理論、M理論等,預言時間是間斷的,有量子特性的。一些理論猜測普朗克時間可能是時間的最小單位。

根據斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)所解出廣義相對論中的愛因斯坦方程式,顯示宇宙的時間是有一個起始點,由大爆炸開始的,奇點沒有「之前」一說,討論在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空並存,只要物質存在,時間便有意義。

愛因斯坦認為:「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。」時間倒流或回到過去,其實是建立在一個不存在的邏輯基礎上的。(註明:在基本的物理學定理中沒有時間概念,時間不參與計算,這並不表明其不存在,物種衰老、晝夜更替都證明其真實存在,切莫誤解其意;相對論中,粒子的很多運動,裂變、聚變,互相之間都是這種關係,互為倒放的關係。)

定義

 

基本概念

從廣義上講:當一個點相對於某坐標系運動時,其運動所形成的直線或線段或曲線就是相對於該坐標系靜止的點的時間之一。每個點對應多個時間。相對於某一個時間,靜止的點開始運動速度越快時間越慢,當速度與該時間中運動的點一樣時時間停止,速度超越該點時相當於正回到過去。

相對時間

即實時間,用實數表示的時間。指不在額外維運動的點所形成的時間。

絕對時間

即虛時間,用虛數表示的時間。指在額外維運動的點所形成的時間。

與空間關係

空間使事物具有了變化性,即因為空間的存在,所以事物才可以發生變化。空間是沒有能量的事物,即當事物能產生變化時,變化產生的能量已經和阻礙的能量相互抵消。點在空間中變化對點的描述稱為被描述點相當於該點的時間【該點運動到某一位置時,被描述點都會有唯一的對應位置,稱為此時被描述點的位置】。被描述點可以隨時間變化位置不變,可知時間與被描述點的位置有函數關係。

與平行宇宙

從廣義上講:平行宇宙就是宇宙在高一維度的空間中多出來的方向上有差值的平行時空。相鄰的宇宙在多出來的維度【坐標】上有着不為零的最小差距。多出來的維度便是相對於宇宙的虛時間,可以通過穿越平行宇宙穿越虛時間。

 

時間度量

時間形式

直線時間:在直線上運動的點所形成的時間。

線段時間:在線段上運動的點所形成的時間,即時間段。

時間點:在某一位置上的點所形成的時間。

零時間:始終不動的點所形成的時間。

相對不存在時間:不是相對於能在最高維度上運動的點的虛時間。

絕對不存在時間:相對於能在最高維度上運動的點的虛時間。

其它形式時間:在曲線、拋物線、折線等上運動的點所形成的時間。

與維度關係

 

1、與四維空間

從廣義上講:在四維空間三維空間中的虛時間會成為一條空間坐標軸,從此坐標軸上移動可以穿越虛時間。四維空間是所有平行宇宙即所有時間的三維空間的集合。 2、與五維空間

同一時間內同一事物存在不同的變化狀態,即不同可能性,五維空間是所有可能的集合。[2]

與引力關係

 

所有發的物體我們都可以看成是一個時鐘。原子會按一定頻率發光,我們測量光的頻率就能測定時間。如果引力能使時間變慢,那麼,引力場內的原子所發出的光就會向低頻端紅移。愛因斯坦預言的這種時間變慢效應被稱為引力紅移。但是,因為原子不能發射頻率足夠精確的光,所以不能用來測量非常微弱的時間變慢效應。在穆斯堡爾效應中,放射性同位素能發射頻率非常準確的γ射線,這個精度足以用來測量地球表面的引力紅移。在哈佛大學傑弗遜物理實驗室中,龐恩得雷布卡通過實驗發現,頻率的減低同愛因斯坦所預言的完全一致。1965年,龐恩得的再次實驗得出完全相同的結論。引力能使時間變慢的效應終於得到完全證實。

我們看到的東西實際是物體的光進入了我們的眼睛,當初認為的,光速就是時間,後來明白,光是靜止的,根本沒速度,我們感覺到的光速,其實是時間的速度。如果引力太大(黑洞),光被吸了,傳播變慢,你看到東西就慢,就像一輛車速度10m/s走了1s運動了10m,但是由於光傳播慢,你看到的車實際上運動不止1s,你就感覺時間變慢了。[3]

時區劃分

 

為統一時間,國際上採用每隔經度15°,劃分一個時區的方法,全球共分為24個時區,其中以0°經線為中央經線的時區為中時區(也稱零時區),由此向東到180°依次為東一區至東十二區,向西到180°為西一區至西十二區,東十二區和西十二區各跨經度7.5°,均為半時區。

地球自西向東自轉,從零時區向東,每增加一個時區,時間增加1小時,向西每增加一個時區,時間減少1小時。西十二區比東十二區在時間上少24小時。

A. 全球共有24個時區,東西各12個時區,東西十二區合為一個時區。

B. 除東、西十二區各跨經度7.5°外,其餘每個時區都跨經度15°。

C. 每個時區的中央經線度數=時區數×15°。[4]

時間系統

 

世界時UT

格林尼治時間:亦稱「世界時」。格林尼治所在地的標準時間。格林尼治是英國倫敦南郊原格林尼治天文台的所在地,它又是世界上地理經度的起始點。對於世界上發生的重大事件,都以格林尼治的地方時間記錄下來。一旦知道了格林尼治時間,人們就很容易推算出相當的本地時間。例如,某事件發生在格林尼治時間上午8 時,中國英國東面,北京時間比格林尼治時間早8小時,我們就立刻知道這次事情發生在相當於北京時間16時,也就是北京時間下午4時,即從東+8個時區,加8個小時。

協調世界時

世界時是採用天體測量的方式測定時間,而因為各種因素,相對於原子時會有微小的誤差。為了協調世界時和原子時,科學家們在處理協調世界時。協調世界時秒以下的數字採用原子時的數據。當世界時和原子時差別達到一秒的時候,會進行跳秒或者負跳秒。具體程序如下:

當世界時慢了,就讓UTC增加一秒。23時59分59秒--23時59分60秒--0時0分0秒

當世界時快了,就讓UTC減少一秒。23時59分58秒--0時0分0秒

跳秒或負跳秒只在12月31日或6月30日進行。跳秒由國際時間局作出決定,提前通知各授時單位,全世界統一執行。由於時差的關係,對於不同的國家可能不一定在晚上進行跳秒和負跳秒。

時間單位

 

其指時辰,古時一天分12個時辰,採用地支作為時辰名稱,並有古代的習慣稱法。時辰的起點是午夜。顧炎武《日知錄》:「自漢以下。曆法漸密,於是以一日分為十二時,蓋不知始於何人,而至今遵而不廢……然其(指杜元凱注)曰夜半者即今之所謂子時也,雞鳴者丑也,平旦者寅也,日出者卯也,食時者辰也,隅中者巳也,日中者午也,日昳者未也,哺時者申也,日入者酉也,黃昏者戌也,人定者亥也。一日分為十二,始見於此。」 北宋時開始將每個時辰分為「初」、「正」兩部分,分十二時辰為二十四,稱「小時」。

大約西周之前,古人就把一晝夜均分為100刻,在漏壺箭杆上刻100格。折合成現代計時單位,則1刻等於14分24秒。「百刻制」是中國最古老、使用時間最長的計時制。

到了漢代,在使用「百刻制」的同時,又採用以圭表測量太陽射影長短來判斷時間的「太陽方位計時」法。圭表由兩部分組成:一是直立於平地上的測日影的標杆或石柱,叫做表;一為正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫做圭。

明末清初,西方機械鐘錶傳入中國,在採用十二時辰的同時,也兼用一天二十四小時的計時法。由於百刻制不能與十二個時辰整除,不好計算,又先後改為96刻、108刻和120刻。到了清代才正式規定一晝夜為96刻,每個時辰八刻,又區分為上四刻和下四刻。

 

漢代皇宮中值班人員分五個班次,按時更換,叫「五更」,由此便把一夜分為五更,每更為一個時辰。戌時為一更,亥時為二更,子時為三更,丑時為四更,寅時為五更,其對應如下:

一更天:戌時 19:00-21:00

二更天:亥時 21:00-23:00

三更天:子時 23:00-01:00

四更天:丑時 01:00-03:00

五更天:寅時 03:00-05:00

「鼓角」、「鐘鼓」都是古時用來打更的器具。

古代使用銅壺滴漏計時,以下漏擊點為名。一更分為五點,所以,一點的長度合24分鐘。如《西遊記第九回:「卻說那太宗夢醒後,念念在心。早已至五鼓三點,太宗設朝,聚集兩班文武官員。」「三更兩點」就是指深夜11:48;「五鼓三點」就是指凌晨04:12。

各種時間觀

 

B時間理論

所謂A理論,是我們大多數人在時間方面的思考和經驗,過去、現在和未來都是線性的,是時間本質的基礎。而B理論家認為這些時間實際上並沒有流動,他們甚至說,時間的流逝是一種幻覺,而且在任何時候,過去、現在和未來都是同樣真實的。

從人類的角度來說,我們記得過去,展望未來,但永遠不會用相反的方式。然而,B理論家認為這只是我們知識的結果,僅僅只是因為我們只了解過去,而不是對未來的了解。這並不表示未來不比過去更真實。它們覺得時間並沒有進展,這一切都是立刻存在的。[5]

第四維度理論

根據愛因斯坦相對論而提出的「塊狀宇宙理論」,時間和空間是連為一體的,簡稱時空。這一觀點認為,時空是屬於四維結構的,在時空里發生的任何事物都有其專屬坐標。人如果想看到宇宙時空的所有一切,就要到其外部去觀察。這一理論是不是說明了,時空中不存在過去、現在、甚至未來,所有的一切都存在於同一時間空間裡呢?[6]

對此,麻省理工的知名物理學家也曾表示過,對於現實世界是三維空間的認知,是人們的一種習慣,人們總是覺得隨着時間的推移,事物就會發生。但人們卻忽視了在四維空間裡,不管是過去、現在、未來都是屬於同一時空,而人們對因時間變化,事物所發生改變的認知,就只是人的錯覺而已。

量子引力理論

量子物理學的領域是令人興奮的 引力理論試圖將量子力學與相對論理論結合起來。這絕不是一個完整的想法,但主要原則涉及時間不是物質世界的基本組成部分。就像天氣對於你工作的影響,它也不是汽車功能或過程不可或缺的一部分,但仍能影響汽車性能。

量子引力表面時間根本不存在任何有意義的方式,無論這是真理,還是僅僅是一種允許量子物理學和相對論理論並存的方法,直到更好的解釋出現,沒有人能夠完全肯定。

瘋狂時間理論

最瘋狂的時間理論是,有一天,它將完全不復存在。這至少是一些物理學家相信的。據觀察宇宙膨脹的天體物理學家推測可以繼續這樣永遠看到它不斷加速,然而,這個被稱為永恆膨脹的過程在嘗試計算時會引發發生某些事件的可能性問題。[7]

外部連結

參考來源