绝对时间

更新时间:2024-03-19 11:06

绝对时间是指在牛顿的时空观中,时间是绝对的,与任何特殊的参考系无关,静止安放在不同惯性系中的时钟,对同一运动过程的计时结果是相同的。

定义

绝对时间(Absolute time)是不会随着任何外部的作用或观察者改变。相对时间(Relative time)则是会随着外部作用或观察者而改变,可以透过量测物体的运动的绝对时间差来决定。

根据上述的概念,可以发现绝对时间其实是不可测量的且感受不到的,牛顿认为绝对时间只能由数学的形式表达,而人类也只能透过物体的移动来观察时间的消逝。

举一个例子来说明,如果有一个人要测量100米短跑,那么我们可以自由的选择当此人在起点的时刻为0秒,但此时绝对时间为多少我们不得而知,然后以码表测量此人在通过终点经过的时间,便知道此人冲刺100米所需要的时间。此过程中,我们一概不知起始的和终止的绝对时间,我们只有测量绝对时间差。

测量

莱布尼兹(Gottfriend Wilhelm. Leibniz,1646~1716德国数学家、物理学家)认为,同时间相比。事件要更为基本;那种认为没有事物时间也会存在观点是荒谬的。在他看来,时间是从事件引出来的,所有同时性事件构成了宇宙的一个阶段。而这些阶段就象昨天、今天和明天一样,一个紧接着一个。莱布尼兹的这种相对时间的理论,在今天看来似乎比牛顿理论更能为人接受,因为它更符合现代物理学的发展。

牛顿的绝对时间

牛顿伽利略又前进了一步。牛顿认为,同亚里士多德的“理论”恰恰相反,如果没有什么别的东西阻止,运动着的物体决不会静止。下落的石头所以会落到地面不动,是因为受到地球的阻止;马车所以停下不走,是由于车轮同路面之间有摩擦力,在一条光滑水平的路面上,具有无摩擦轴承的马车,将会一直滚动下去。因此,牛顿指出,力对于物体的作用,只是使它的运动速度随时间发生变化。这个变化的量称为加速度,它正比于作用力的大小。这就是牛顿运动学第二定律。

牛顿的运动定律,连同他在1684年导出的万有引力定律,奠定了经典物理学的基础,对当时和后来的自然科学的发展都有很大影响,直到今天仍被广泛应用,继续发挥着巨大作用。但是,应该看到。牛顿定律是以这样的概念为基础的:用以测量运动的时间是一种均匀流逝的“绝对时间”。

不同的观点

历史上,也有其他物理学家对于牛顿提出的绝对时空抱持不同意见。莱布尼兹认为空间只有在有参考点的时候才有意义,时间只有在有物体运动的时候才有意义。乔治·贝克莱猜测,在没有参考点的情况下,不能说一个球体在旋转,或是2个用绳子连接的球体相对它们的共同质心在旋转,至多说是其中一个球体相对另外一个球体旋转。

伽利略变换给出在不同惯性坐标系之间的变换关系,这代表绝对时空的说法其实是不必要,因为我们只需要选定一个惯性坐标系,便可知道在其他惯性坐标系的结果,而且没有一个惯性坐标系可以被独立出来。

另外,恩斯特·马赫提出马赫原理,当中的内容提到,在没有参考点的情况下,讨论物体的惯性是没有意义的,也再次说明绝对时空是不必要的概念。马赫原理随后在爱因斯坦关于广义相对论的论文中被强调且命名。

爱因斯坦和相对论

时间和空间一直被认为是2个独立的物理量,直到狭义相对论被提出,狭义相对论赋予时空新的概念,其中相对同时的出现否定了绝对时间的存在,因为事件发生的时间跟观察者的速度还有事件发生的位置有关系。

广义相对论更进一步用测地线的概念建立时间和空间的关系。此时,时间和空间的关系变得更为具体。

总结

牛顿绝对时空的概念,因为“绝对”的物理量本身不可测量,加上“相对”物理量,虽然随着观察者改变,但是不同观测结果之间存在直接的变换关系,而变得不必要。

参见

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