时间的真谛

空白派

　　　　　　　　　　　　　　　作者：彭晓韬
　　　　　　　　　　　　　　日期：2018.03.19
[文章摘要]：时间到底是什么？这个问题自人类定义时间以来或在此以前就一直是人们追寻的一个最基础性的问题。本文通过对时刻的定义和再认识，并在此基础上对时间、空间和距离等进行重新定义，并对不同计时系统中的时刻、时间、空间、距离和速度间的关系进行相应的分析。以期对人们认识时间有所帮助。
前　言
时间是人们为了观察与研究物质实体的运动与变化规律之需要，以某一有周期性运动规律且运动周期相对平稳的特定物质实体的一个或一定数量的周期作为计时单位和计时工具。因此，时间虽然是由人为定义的一个基本的物理量，但同时受客观实体的真实运动规律的制约。并不受人们思想和意识所左右。
地球人对时间定义的沿革：地球人最初以地球自转一周定义为1日并等分为24小时，并把穿过格林威治天文台所在位置定为0度经线，太阳位于0度经线正上方的时刻定义为午时12时0分0秒，太阳位于180度经线正上方的时刻定义为子时0时0分0秒或上一日的24时0分0秒。再把每小时等分为60分钟，每分钟再等分为60秒，再把秒等分成更小的毫秒、微秒、.......等更小的计时单位。这个最初对时间的定义隐含二层意思：第一层意思是把子夜子时中点定为0时0分0秒时刻，把下一个子夜子时中点定为24时0分0秒和第二天的0时0分0秒时刻；第二层意思是把两个子夜子时中点之间的间隔定为24小时整。前一层意思是定义时刻，而后一层意思是定义时间，即两个特定时刻间的间隔数量。
在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义：铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。在这样的情况下被定义的秒，与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。生活中常用的时间单位还有：毫秒ms、分min、小时h、日（天）d、月m、年y等。
但需要指出的是：时间单位的年、月、日等计量单位并不是完全等量的。由于地球围绕太阳运动一周所需要的时间不是整数日，因此有平年与润年之分。即每年的时间并不完全相等，润年为366日、平年为365日；又因为地球自转的速度在逐渐变性，为了保持最初人们定义的时间中首尾两个时刻的稳定性，即每天的0时0分0秒时刻太阳正好位于经度为180度的经线正上方、而12时0分0秒时刻太阳正好位于经度为0度的经线的正上方。在某些特定日内需要增加1秒来调节时间；每月的日数也是不相同的，一个月的日数有28日、30日和31日三种。
由于计时的需要，必须与物质实体建立必要的联系。因此，任何计时系统都对应一个物质实体存在与变化的空间体系。也就是时间与空间是不可分割的二个基础性物理量。在任意计时系统中都应包括宇宙万物在任意时刻的空间位置信息。同时，宇宙中任意物质实体在该计时系统中的特定时刻只能在唯一的、特定的空间位置上，不能同时在二个或二个以上的空间位置上，除非其运动速度是无穷大的。
一、时刻的定义和再定义
1、时刻在百度百科中的定义和解释是：时刻是时间的别称。时刻是时间的迟早。在天文上用天体当时的时角来度量,通常用当时对于时间原点的时段表示。由于量时天体的不同,时刻分为恒星时、视太阳时和平太阳时。时刻因适用经度的不同,分地方时和标准时。时刻也是物质运动过程的持续性和顺序性的量度。
2、时刻的再定义（本文中的定义）：在任意计时系统中特定的时间点或刻度。就如表征空间的三维坐标系中的各轴上的刻度一样。在任意计时系中的任意特定时刻，宇宙万物均位于特定的、唯一的位置上，无论其运动速度有多高（无穷大除外）。也就是说：宇宙中万物在特定时刻的空间位置与计时系统中的特定时刻是一一对应的。即可以用宇宙中任意物质实体来定义时刻，只要它在计时系统中存在空间位置上的变化。
3、点评：百度百科中对时刻的定义和解释明显存在错误和矛盾之处：时刻的单位是年月日时分秒......，即哪年哪月哪日哪时哪分哪秒。如：此刻为2018年03月18日10时10分0秒等；而时间的单位是年、月、日、时、分、秒、......，即多少年多少月多少日多少时多少分多少秒。如：一年等于365.242199日、一天等于24小时等。时刻与时间不能混淆！
二、时间的定义和再定义
1、时间在百度百科中的定义和解释是：事件过程长短和发生顺序的度量。
2、时间的再定义（本文中的定义）：在任意计时系统中两个特定时刻间的度量或数量。
3、点评：百度百科中把时间与时刻混淆了。时间不能确定事件发生的顺序，只能度量时刻间的大小，即事件过程中的长短（事件的起点时刻到终点时刻间的长短）。只有时刻才能确定事件发生的顺序。
时刻与时间所用的计量单位似乎一样，都是年、月、日、时、分、秒、.......。但使用的方式完全不同。在时刻中应该连用，而在时间中可以不连用。即：用作时刻时，如：我写此段文字的时刻是2018年03月18日10时48分30秒。而用作时间时，如：我写本文花了3日2小时或74小时。
如下图一示：时刻是时间轴上的具体刻度，如图中绿色短柱表示的即为时刻。而两个绿色短柱间或任意两个绿色短柱间的间距即为时间。


三、空间的定义和再定义
1、空间在百度百科中的定义和解释是：物体存在、运动的(有限或无限的)场所，即三维区域，称为(三维)空间。
2、空间的再定义（本文中的定义）：在任意计时系统中，物质实体存在和运动的场所。
3、点评：空间必须与计时系统相关联并统一。时间是物质实体在空间中位置变化过程的量度。没有物质实体在空间中的位置变化，就不能计时，也就没有了时间。另一方面，只有计时系统中的时刻与物质实体所处于的空间位置一一对应，才有空间中不同物质实体间的相对位置及其变化关系。
四、距离的定义和再定义
1、距离在百度百科中的定义和解释是：是指（两物体）在空间或时间上相隔或间隔的长度。
2、距离的再定义（本文中的定义）：在任意计时系统中，特定时刻两个物质实体或同一物质实体两个不同时刻所在空间位置间的直线长度。
3、点评：距离与空间一样，必须与计时系统相关联并统一。
五、运动速度的定义和再定义
1、运动速度在百度百科中的定义和解释是：速度表示物体运动的快慢程度。速度是矢量，有大小和方向，速度的大小也称为“速率”。速度等于运动物体在单位时间内通过的位移。
2、运动速度的再定义（本文中的定义）：在任意计时系统中，同一物体在两个不同时刻所处位置间的距离与两个时刻间的时间之比即为运动速度。当两个时刻间的间距（时间）较大时，运动速度即为平均速度；当两个时刻间的间距（时间）趋于0时的运动速度即为瞬时速度。运动速度的矢量方向为由第一时刻物体所在空间位置指向第二时刻物体所在空间位置。


如上图二示：Ｍ物体在t1时刻位于S1位置上、在t2时刻位于S2位置上，则：
Ｍ物体的平均速度Ｖ平为：Ｖ平＝（S2-S1）/（t2-t1）


3、点评：运动速度与二个物理量相关，即时间和距离。但时间与计时系统直接相关，距离是在同一计时系统中的二个特定空间位置间的直线长度。在任意计时系统中，任意物质实体的运动速度不是无穷大时，则任意时刻时该计时系统中的所有物质实体均处于特定的且是唯一的空间位置上。即：ΔＳ＝Ｖ×Δt＝Ｖ×0＝0。这一点很重要，即任何物质实体在任何时刻不能位于二个或二个以上的空间位置上，无论其运动速度有多快，只要不是无穷大。否则，速度的概念就不复存在了。
六、二个计时系统间的时空转换关系
通过以上对时刻、时间、空间、距离和运动速度的重新定义，我们就可以对二个不同的计时系统中的时刻、时间、空间、距离和运动速度间建立起相互转换的关系了。
就时刻、时间、空间、距离和运动速度五个物理量而言，要在二个计时系统中建立联系，就必须首先建立时刻间的联系。有了时刻间的联系，就可以推导出时间上的联系；有了一个计时系统中时刻与空间位置的关系，也就可以建立与另一个计时系统中空间位置间的关系，即空间和距离关系就可以建立起来了；二个计时系统中的时刻、时间和空间、距离建立了联系后，自然可建立起二个计时系统中的速度关系了。因此，建立二个计时系统间的时刻联系是关键所在。
我们假设Ａ计时系统中的时刻为Ｔ、时间为ΔＴ、空间为Ｓ、距离为ΔＳ、速度为Ｖ；在Ｂ计时系统中的时刻为t、时间为Δt、空间为s、距离为Δs、速度为v。
1、时刻的对应关系
两个不同的计时系统中的时刻间如何才能建立联系呢？就如我们地球上某一时刻T与月球上的哪个时刻t存在对应关系呢？
从时刻的定义可知：任意计时系统中的任意时刻对应着宇宙中任意物质实体处于某一特定的、唯一的位置上，包括大到本星系、黑洞、中子星、星云、太阳、行星、卫星和彗星等，小到分子、原子及原子中的原子核、电子等（没有例外，除非其运动速度为无穷大）。只是我们只能利用电磁波来测量这些物质实体的位置，因此存在一定的时间差（滞后）和位置差。但这并不防碍物质实体在特定时刻位于特定位置上。如：我们在地球上观测到的月球位置实际上是它在1.27秒左右以前的位置；而太阳是其8分多钟前所在的位置等。因此，要建立两个计时系统间的时刻间的对应关系只能以宇宙中某一特定的物质实体处于同一特定位置上（实际应用时，可以其与其他物质实体间的相对位置关系来确定其是否为同一特定位置。如：地球每日的0时0分0秒为太阳位于180度经线的正上方。月球上的计时系统将地球与太阳的此种相对位置计作时间t1，则地球的某年某月某日0时0分0秒对应于月球时的t1）为关联项。
如：地球上的2018年03月18日10时0分0秒时刻，地球与太阳系中其他行星和卫星间的相对位置关系是特定的。在此时刻，月球上的时刻为1年1时0分0秒时刻。在地球的另一时刻2018年03月18日11时0分0秒时刻时，月球上的时刻为1年2时0分0秒时刻。则两个计时系统的时刻间可建立起如下的对应关系：
　　　　　　　　　Ｔ=2018年03月18日10时+（t-1年1时）/2
上式中：Ｔ为地球时刻，t为月球时刻。
这都是基于地球相对于行星和卫星的位置关系来确认两个计时系统间的时刻对应关系的。实际上，在两个计时系统中的时刻对应时，宇宙中任何物质实体都处于同一空间位置上（每个物质实体的相互间的位置关系一样）。这样才能确保两个计时系统的时刻可以建立起一一对应关系。
将起始时间2018年03月18日10时（地球）和1年1时（月球）分别计为T0和t0时，两个计时系统的时刻转换系数为K时，则上式可修改为：
　　　　　　Ｔ=T0+K（t-t0）　　　　　　　　　　　　　　（公式1）
（公式1）只有在两个计时系统中的各个时刻都存在一一对应关系时才能成立。即Ａ系统中的任意时刻Ｔi在Ｂ计时系统中都有一个ti与之对应。
2、时间的对应关系


如上图三所示：当Ａ计时系统的Ｔ1和Ｔ2时刻分别对应于Ｂ计时系统的t1和t2时刻时，且二个计时系统中的各时刻间距分别相等（即Ａ计时系统中的时刻刻度的间隔相等，Ｂ计时系统中的时刻刻度间隔也相等）时，则可以建立两个计时系统间的时间转换关系。即当Ａ计时系统的时间ΔＴ＝Ｔ2-Ｔ1；Ｂ计时系统的时间Δt＝t2-t1；两个计时系统中的时间ΔＴ和Δt应该是相等的或成比例关系：
ΔＴ＝Ｔ2-Ｔ1＝Ｍ　　　Δt＝t2-t1＝m时，则有：
  ΔＴ＝(Ｍ/m)Δt　令：Ｋ＝(Ｍ/m)，则有：
ΔＴ＝ＫΔt　　　　　　　　　　　　　　　　　　（公式2）
　　如：地球上的1地球日（24小时）、以月球自转一周为1月球日的话，两者的比例系数为27.32166。即1月球日＝27.32166地球日或1地球日＝0.0366月球日。
3、空间和距离对应关系
在建立两个不同的计时系统间的对应关系时，我们已经假设在两个计时系统的同一对应时刻时，宇宙空间中的任意物质实体的空间位置是相同（主要以其与其他物质实体间的相对位置关系来确定）的。也就是说：在Ａ计时系统中的T1和T2时刻，某物体分别位于S1和S2位置上；而在Ｂ计时系统中的t1和t2时刻，某物体分别位于s1和s2位置上。则在两个计时系统相对静止时，并不考虑两个计时系统的尺规长度不同，S1到S2间的距离ΔS与s1到s2间的距离Δs应该相等。若两个计时系统间的尺规长度（假设分别为Ｂ和b）不同，则我们可假定两把尺规的比例关系为f，即：f＝Ｂ/b。也就可以得到：
ΔS＝fΔs　　　　　　　　　　　　　（公式3）
（公式3）是在两个计时系统不存在相对运动速度时才能成立。当两个计时系统存在相对运动速度时，则上式需要进行相应修改。即假设当Ｂ计时系统相对Ａ计时系统存在相对运动速度Ｕ时，为简化问题，我们假设两个计时系统的相对运动方向与我们所研究的某物体的运动方向相同，如下图四所示。


则（公式3）应修改为：
  ΔS＝fΔs+ＵΔＴ　　　　　　　　　　　　（公式3-1）
4、速度对应关系
在两个计时系统不存在相对运动速度时，上面已经把两个计时系统间的时刻、时间和空间及距离间的对应关系建立起来了，而速度是距离与时间的比值。因此，当Ａ计时系统的速度为Ｖ＝ΔS/ΔＴ、Ｂ计时系统对应的速度为v＝Δs/Δt时，则有：
　　　Ｖ＝ΔS/ΔＴ＝fΔs/（ＫΔt）＝（f/Ｋ）（Δs/Δt）＝（f/Ｋ）v
即：　　　　　Ｖ＝（f/Ｋ）v　　　　　　　　　　　　　（公式4）
（公式4）是在两个计时系统不存在相对运动速度时才能成立。当两个计时系统存在相对运动速度时，则上式需要进行相应修改。即假设当Ｂ计时系统相对Ａ计时系统存在相对运动速度Ｕ时，为简化问题，我们假设两个计时系统的相对运动方向与我们所研究的某物体的运动方向相同时，则（公式4）应修改为：
　　　　　Ｖ＝（f/Ｋ）v+Ｕ　　　　　　　　　　　　　　（公式4-1）
上式中：f为两个计时系统中尺规比例因子、Ｋ为时间转换因子、Ｕ为两个计时系统间的相对运动速度。需要指出的是：在两个计时系统的时间刻度间距不同时，时间转换因子Ｋ将不是常数，而是与时刻Ｔ有关的函数。
七、时间的本质特点
1、时间是两个时刻间的间隔或数值。
2、当计时系统中的时刻间距不相等时，时间也是不相等的。如：时刻中的一年的间距有365和366日两种数值，因此，同是一年的时间但时长并不相等；
3、在同一计时系统中，任意两个时刻间的间距即时间对宇宙中任何天体而言都是相等的。即地球上的某日0时0分0秒至24时0分0秒间的时间为24小时，则在月球、太阳系中的行星和彗星、太阳、以及宇宙中的恒星、中子星、黑洞、星系和本星系中的所有天体直至宇宙中的任何天体、任何分子、原子和基本粒子等都经历了24小时。它们从0时0分0秒的位置上运动到了24时0分0秒的位置上，这过程中均消耗了24小时。没有例外，除非其运动速度为无穷大。
4、任意两个计时系统中二组存在对应关系的时刻间的时间相等（在计时单位相同时）或成正比关系（计时单位不同时）。
5、两个计时系统间的时刻对应关系与两个计时系统是否存在相对运动和运动速度的高低均无关。因为在建立两个计时系统间的时刻对应关系时，是利用宇宙中物质实体处于相同的位置上来完成的。而宇宙中物质实体的位置在任何时刻只能位于唯一的确定的位置上，与物质实体是否运动、朝何处运动、以何种方式运动均无关。
6、两个计时系统间的时间对应关系与两个计时系统是否存在相对运动和运动速度的高低均无关。由于两个计时系统间的时刻对应关系与运动无关，而时间只是两个特定时刻间的间距。因此，时间也与运动和运动速度的高低无关。

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