能量与时间 | 博客中国

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能量与时间
第一节时间
一、时间的计量
时间是一个很久远的概念。日出日落,朝作暮息,出生入死,时间和人们的关系紧密相关。
人们用沙漏、香烛、刻痕、钟表等计时工具或方法来记录、测算时间,时间单位有世纪、年、月、日、时等。目前全世界使用的标准时间,是采用“世界时”和“原子时”相结合的办法。
(一)世界时
人类历史一直以地球自转周期作为时间计量基准,这被称为世界时,人们所熟悉的格林尼治时间就是这样一种时标。
(二)原子时
20世纪50年代,随着高精度原子钟的出现,一种以原子振荡周期为基准的原子时系统应运而生。我国目前研制的铯原子喷泉基准钟已问世,准确度达到350万年误差不到一秒。
(三)协调世界时
由于地球运动的变化、海洋潮汐、气候甚至地球形状的改变,都有可能对地球自转速度产生影响,自转速度变化无常,天长日久,世界时与相对精准的原子时之间势必产生误差,失去同步。作为一种折中,有关国际机构于1972年引入了“协调世界时”这一新的计时系统。他以原子时的秒长为基本计量单位,同时,尽可能采用世界时的时刻。通俗地说,由于地球这个钟无法随意拨动,“协调世界时”的思路是拨动原子钟,让他尽量靠近“地球钟”。
这就要通过增减“闰秒”的办法来实现。根据规定,“协调世界时”与世界时之差如超过0.9秒,则在该年度6月或12月最后一天的最后一分钟相应增加或减少一个“闰秒”。“协调世界时”是以每年敲响新年钟声为依据。从1972年开始实施“闰秒”系统到1999年,“协调世界时”总共增加了22个“闰秒”。但1999年至今,连续5年一个“闰秒”都没有增减。
二、时间的相对性
亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说,他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔,只要用好的钟,不管谁去测量,这个时间都是一样的。虽然,这种显而易见的“常识”可以很好地对付运动甚慢的问题,但在处理以光速或接近光速运动的物体时却根本无效。
爱因斯坦论证了时间和空间是相对的,只有独立于观察者之外的光速是个常数。爱因斯坦证明,当物体的速度接近光速时,其长度就会减小,质量就会增加,时间就会放慢。由此推论,假如物体的速度与光的速度相同时,其长度为0,质量不会再增加,而且时间也就停止了。爱因斯坦根据这种不可能性得出了一个结论:任何物体都不会以光速和超过光速运动。这项被称为“相对论”的理论弥补了牛顿物理学长达两个世纪的不足,爱因斯坦将时间与空间相结合,创立了新的四维宇宙空间的学说。
总之,相对论终结了绝对时间的观念!这样,每个观察者都有以自己所携带的钟测量的时间,而不同观察者携带同样的钟的读数不必要一致,是一个非常主观的概念,我们每个人在不同的情况下对时间进程会有不同的感觉。
第二节时间与能量
一、计量时间的本质和依据
时间是一个带有主观性的概念,不同的计量方法会有不同的结果,比如中国的农历与公历的差别,但不论是哪种方法,其计量时间的依据都是根据能量的振荡周期或能量持续和保持某一状态的量度。圆周运动是一种比较特殊的振荡,我把他称为圆周振荡。
“世界时”就是根据物体能量(物体的质量和能量等效,E=mc2)的圆周振荡来计量时间;“原子时”是根据物体的直线往复振荡来计量时间。
广义相对论有一个预言是,在像地球这样的大质量的物体附近,时间显得流逝得更慢一些。这是因为光能量和他的频率(每秒钟里光振动的次数)存在一定关系:能量越大,则频率越高。当光从地球的引力场往上走,他失去能量,因而其频率下降(这表明两个波峰之间的时间间隔变大)。从在上面的某个人来看,下面发生的每一件事情都显得需要更长的时间,这个预言在1962年被验证到。利用一对安装在一个水塔的顶上和底下的非常准确的钟,发现底下的那只钟更接近地球的钟,走得更慢些,这和广义相对论完全一致。
这个例子说明了计量时间的本质,即时间计量的稳定性和均匀性取决于振荡的稳定性和均匀性。
二、时间是一个标量
标量就是没有方向的量。
在很多著作或文章中,包括科幻小说,都有“时间倒流”、“时间颠倒”的说法,这是不存在的。因为时间是没有方向性的,最多只表示一种顺序,如阿拉伯数字:1、2、3、4、5……等。我们常用的时间实际上是一个时间增量。
无序度或熵随着时间增加是一个能量流动方向和过程,但不是时间的方向!时间只是一个工具,是表示能量运动、转化的状态或变化的人为标记。
热力学中的无序度或熵增加和时间没有关系。过去、现在和将来是对时间段的划分,不表示方向,只表示顺序。
三、时间与空间
空间是能量扩张的结果,能量扩张产生了空间和距离,这是客观的。能量扩张变化的快慢我们用速度来表示,于是,时间就堂而皇之地加入进来了。这就是说,时间是在我们分析运动时产生的,是一个后天出现的量,它仅仅是为了方便表示能量运动速度的一个量度,不能完全脱离和独立于空间,而必须和空间结合在一起才有意义。
光是一种能量形式,通过光我们感知时间和空间,我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的,这样当我们看宇宙时,我们实际是在看他的过去。  “光年”、“光秒”是表示空间距离的长度单位,比如 ,光秒(年)就是简单地定义为光在一秒(年)走过的距离。这样,按照时间和光速就可以确定和定义距离。
实际上,长度单位“米”是被定义为光在以铂原子钟测量的0.000000003335640952秒内走过的距离(取这个特别的数字的原因是,因为他对应于历史上的米的定义——按照保存在巴黎的特定铂棒上的两个刻度之间的距离)。
四、功率
功率是表示能量的交换速度。
功=力×移动距离
=压强×作用面积×移动距离
=能压差×作用面积×移动距离
功率=功/时间  (8-2-1)
第三节哲学原理:有限与无限
一、原理内容
有限中有无限,无限中有有限,有限与无限是相对的。
二、分析
能量是连续不可分的,所以是无限的,但可以累计相加,所以是有限的。
三、应用:宇宙的有限与无限
关于宇宙的有限与无限是一个古老的话题,也是一个比较宽泛的问题。
首先,我们把这个问题分解为三个问题。
(一)时间的有限与无限
时间和速度、长度的概念性质一样,都是描述能量或物质的状态和性质。
在本书中,时间的作用是为计量能量的振荡,具有重复性,是一种周期的叠加。所以当能量没有振荡时,也就不会有时间这个概念。
能量会停止振荡吗?
假如假设宇宙起始于“奇点系统”的大爆炸,那么在此之前,宇宙是一个相对静止的“黑洞”,在外部看不到振荡,所以没有时间。再一个是在没有振荡的“死寂”情况下,也没有时间,所以时间有两个消失的情况。虽然宇宙在“死寂”和“奇点系统”两端振荡不止,但宇宙万物都是有生命周期的,当该事物灭亡时,描述其生命振荡的时间就不存在了。所以,时间是有始有终的。
(二)空间的有限与无限
在本书空间的概念含义是能量扩展的地方,能量是相对的,假如我们假设一个能量真空的初始边界,这个边界就会随着能量的振荡而变化:能量扩散,空间扩大,能量收缩,空间缩小。根据能量守恒定律,能量必然有一个恒定数值,于是产生能压,能压高低与空间大小成反比,当能压不足以克服空间系统扩张的能耗或张力时,能量就停止流动,这就是空间的边界。
在空间外层是一个无限的能量真空地带。就好像我们约定地球的边界一样,当大气层稀薄到一定程度时就属于地球外层空间。当我们继续向外探索时,我们就会把能量带到新的空间里去,所以说,空间有限,但是可以无限发展。
(三)人类认识的有限与无限
有限与无限包括两个方面:一个是主观的;一个是客观的。“宇宙即吾心,吾心即宇宙”可谓主观与客观的完美统一了。人的寿命周期远远低于宇宙能量的活动周期,面对有限生命来说,人们只能感慨地说宇宙是无限的了。
但能量是守恒和有限的,人类只要能繁衍下去,认清能量的本质,随着知识的增长,即使现象的变化是无限的,但万变不离其宗,所以认识必将是有穷尽的。  总结三个方面的分析结果是:世界是有限的。
但如果笼统地说“有限中有无限,无限中有有限”也不是不对的,但思辩的成分多些。
四、应用:绝对性与相对性
事物发展是按照能量的自然规律发展,具有绝对性。但人类认识世界是有一个过程的,具有相对性。社会发展是人类的思想认识与自然变化的相结合,所以,社会发展是相对与绝对的结合。
同样,人们认识真理的过程也是一样。
(摘字<能量与哲学>)