友情提示:本文共有 3321 个字,阅读大概需要 7 分钟。
绝对时间、绝对空间是牛顿提出的。牛顿出生于英国林肯郡沃尔索普的一个村庄里。牛顿是遗腹子,出生前几个月,他的父亲去世了。家境贫困,使他更发奋读书。牛顿19岁时进入世界著名的剑桥大学,1669年成为卢卡斯教授。卢卡斯教授学位是在亨利·卢卡斯的赞助下建立于1663年,至今仍是世界上著名、最受尊敬的教授职位。当今世界上最著名的科学家之一史蒂芬·霍金也任此职位。
牛顿是人类有史以来最伟大的科学家之一,是近代物理学的奠基人。以牛顿命名的力学基本定律是经典物理学和天文学的基础,也是近代工程物理学的基础。他对人类科技进步的贡献是巨大的,对力学、数学和光学的研究成果永载史册。1686年,牛顿撰写了《自然哲学的数学原理》一书,是人类科技史上具有里程碑意义的不朽著作。
在牛顿的物理学中,时间是一条持续不断的水流。就像我国古诗中描写的“一江春水向东流”。其水流不受任何事物的影响。牛顿的绝对时间论在他的《自然哲学的数学原理》中有这样的描述:“绝对的、真实的和数学的时间,由于它的自然本性,不受外界影响而稳定地流逝,换种说法是持续不断地流逝。”同样,他对空间的看法也在此书中写道:“绝对空间由于自然本性,在不与外部事物发生关系的情况下总是不变和不能移动的。”
牛顿关于时间和空间的绝对论是基于17世纪人类对周围空间物体观察的结果,是基于17世纪人类能够实施的科学实验的结果。牛顿的绝对时间论对科技界影响很大,在爱因斯坦的相对论问世之前,时间绝对论在科学界占有统治地位。在牛顿去世200多年后的1890年,世界标准时间的倡导者、加拿大测绘工程师桑德福·弗莱明也成了绝对时间论的追随者。他在1890年撰写的文章《落伍的古代计时方法》中说:“时间不受物质、空间或距离的影响。它是普遍而非地区性的,它是绝对的单一,整个宇宙都一致。”
从历史唯物主义的角度去考察,也曾有与牛顿同时代的人提出与“绝对时间”和“绝对空间”不同的看法。德国有个叫莱布尼茨的科学家,他的研究范围很广,哲学、数学、物理学、历史和神学等都有涉及。他认为空间是物体和现象存在有序性的一种表现方式,自然界中没有可脱离物理实体的绝对空间,绝对时间也是没有的。同样在17世纪,莱布尼茨没有、也不可能提出有说服力的理论依据和实验数据能够证明其理论的准确性,能够否定牛顿的绝对时间和绝对空间的理论。
有趣的是,这种有正确论断而缺乏依据的现象在历史中多次发生过。在古希腊时代就有人提出人类生存的大地是地球的一部分,地球是圆的,但是他拿不出有力的证据。直到后来,麦哲伦船队环球航行成功,才第一次用实践证明人类生活的家园是个圆球。
人类发现地球是圆的,是因为人的活动空间扩大所致。同样,对于时间,在物体运动速度相对于光速都非常小时,物体运动的规律都可用牛顿的三大定律来描述。当物体运动的速度非常高,甚至接近或者达到光速时,时间和空间的许多现象就不能用经典物理学去解释了。绝对时间和绝对空间的理论受到了挑战。到20世纪,爱因斯坦的相对论问世,宣告统治了人类科学界300年的时间绝对论结束。
“时间相对论”是爱因斯坦创立的。“时间相对论”是指时间在不同速度的运动体系里,时间的流逝速度是相对的,是不一样的。在相对高速运动的体系里,时间的流逝会相对减慢。
时间会变慢,在中国古代神话小说中多有述及,但这毕竟是神话中的想象。在科学中要创立时间相对论的理论却远非易事。这不仅要有大量的实验数据,要有很强的数学解析能力,更重要的是要能够跳出因传统习惯而造成的思维定势。
时间均匀流逝,在任何时候、任何地点都是绝对一样的,这是人们几千年来的思维定势,是不容置疑的。大科学家牛顿的“时间绝对论”在科学界已经统治了300多年。直到20世纪初,爱因斯坦向世人推出时间相对论,“时间绝对论”的思维定势才遭到质疑,直至被打破。爱因斯坦的时间相对论从此成为人类科学史上又一伟大的科技成果。
爱因斯坦相对论的推出,世界为之轰动,就像当年哥白尼发现地球绕太阳转的日心说一样。大多数人难以想象,难以理解。许多物理学家和哲学家指责爱因斯坦的真知灼见是“违背科学常识”“很不严肃的标新立异”“玩弄数学游戏”。甚至发展到诽谤、谩骂。1920年2月12日,柏林大学的一些学生在爱因斯坦讲课时蓄意捣乱,爱因斯坦被迫退出课堂,愤然离校。这还不算,就在相对论发表25年后的1931年,还有人出版了一本书《一百个反对爱因斯坦的人》。书中罗列了100名学者、专家反对爱因斯坦的相对论。爱因斯坦知道后坦然面对,调侃道:“既然这个理论是错误的,只需要一名专家反驳就足够了。”
让我们看看爱因斯坦是怎样推导出时间相对论的:
在向前行驶的火车厢里有一乘客向上抛一个小球,尽管火车在以每小时60千米的速度匀速前进,但是,列车内的乘客看到的小球是垂直上下运动的。此时,列车外站立的人看到的小球上下运动的现象和列车内的乘客看到小球上下运动的现象是不同的。列车内的人看到小球的上抛点和下落点在同一地方,而列车外的人看到小球上抛点和下落点在不同的地方;列车内的人看到小球上下运动的轨迹是一条垂直线,列车外的人看到小球上下运动的轨迹是一条呈∧形的折线。
我们把这样的实验设想在高速运动的宇航飞船里,上下运动的不是小球,而是光信号。在宇航飞船舱底的地板上向舱顶的天花板发射一束光信号,舱顶的天花板上接收光信号的是一面镜子。这时飞船舱里的宇航员看到的光线是从镜子里垂直向下反射的,而一个飞船舱外的静止观察者看到的光线和宇航员看到的光线是不一样的,与上述前进中的列车内的小球上下运动轨迹一样,光的运动是上下运动和向前运动的合成,他看到的飞船舱内发射和反射的光线是呈∧形的,即光从舱底到舱顶走的是一条斜线,而不是垂直上下的直线。我们知道,在直角三角形中斜边长于直角边,这就是说,对于飞船舱外静止的观察者来说光在高速运动的宇航飞船里走的路程要长一些。光信号的速度等于光走过的路程除以所用的时间。这样,要么是光在飞船里走的速度相对慢些,要么是时间在飞船里流逝的速度相对慢些。爱因斯坦的结论是:时间在高速运动的系统里走得慢些。这就是爱因斯坦的狭义相对论。
爱因斯坦的相对论有两个前提。第一个:匀速直线运动对物理现象不产生任何影响,这个原理对中学生来说都能理解。上面提到的火车上抛小球的例子已说明火车的匀速运动没有影响小球上下运动。第二个:光的速度是恒定的,约为299 792.458千米/秒。上述两个前提都是在经典物理学中被证实的。在这两个前提下,只能是时间在高速运动的宇航飞船里变慢了,这就是爱因斯坦的结论。狭义相对论就这样诞生了。
按照爱因斯坦的结论,在一个高速运动的系统里,时钟会走得相对慢些,宇航员的心跳也会变慢些,身体内的生物化学过程也会变慢些,原子中的电子振荡频率也会变得慢些,所有的物理过程都会变得慢些。因此,时间本身也会变得慢些。高速运动的系统速度越快,时间则走得越慢。如果高速运动系统的速度达到光的速度,那么,系统内时间将趋于停止,所有的物理过程变化将会变得无限长。
爱因斯坦成名后,很多国家邀请他去讲学,中国的北京大学也曾邀请过。有文章说爱因斯坦没有来过中国,错了。他不但来过,而且来过两次,是偕夫人一起来的。地点不是与北京大学校长蔡元培原来约定的北京,而是上海。第一次是他去日本讲学途经上海,时间是1922年11月13日。他获得1921年度诺贝尔奖也是瑞典驻沪领事在这天正式通知他的。第二次到上海在1922年年底,他从日本讲学结束后乘船到上海。1923年元旦,他出席了旅居上海的犹太人举办的茶话会,下午应在沪犹太青年会的邀请,在上海工部局礼堂(今汉口路193号)演讲相对论,在沪的犹太人对他们民族的杰出科学家表示极大的热情。可惜,爱因斯坦未来时,国人望穿秋水盼爱翁,爱因斯坦来了上海,中国科技界、学术界却未见动静,这真是一个难解的谜。
20世纪40年代,中国的“汉语拼音之父”周有光去美国普林斯顿大学时,和爱因斯坦有过二次聊天的机会。曾经亲自聆听爱因斯坦说的一句名言:“人生的差异在业余。”据计算,一个人到60岁,除了吃饭睡觉,实际工作时间不很多,而业余时间倒是更长。通过业余学习,你可以成为某方面的专门人才。
本文如果对你有帮助,请点赞收藏《牛顿和爱因斯坦的时间观啥区别?一篇文章给你解释》,同时在此感谢原作者。