专题6时间的性质.pptVIP

为了定义相继时间段的相 等，物理学中有所谓“好钟”的定义。 一个“好钟”所走的时间，应该保证 惯性定律成立，自由质点在局部时 空区的时空轨迹应该是直线。这一 思想还被进一步发展：“好钟”的计 时应保证物理规律简单。 11 绵延的相等——“时间段”相等的定义 但是，什么叫物理规律简单是个很难说清楚的 问题。我们看到，定义“时间”要用到“距离”，定义“距 离”又要用到“时间”，这里面存在逻辑循环。因此“好钟” 的定义有它的 内在矛盾。 通过我们自己给出的 调整“钟速同步”的方案 ， 而且可以定义任一指定坐 标钟“相继时间段（又称绵 延）”的相等 。 对“真空中光速”的约定 对“时空对称性”的约定 约定真空中光速是常数C 约定时空具有庞加莱对称性 光速的均匀性 时间、空间平移不变性 能量守恒、动量守恒 光速的各向同性 空间转动不变性 角动量守恒 光速不变原理 时空Boost不变性 狭义洛伦兹变换 12 “约定光速”等价于“约定时空的对称性” 广义相对论告诉 我们，球对称黑洞的内 部有一个奇点，转动黑 洞的内部有一个奇环。 脉动的宇宙则不仅起源 于大爆炸的初始奇点， 而且最后要收缩于另一 个大挤压的终结奇点。 13 奇性疑难——时间的开始与终结 大爆炸 奇点和奇环处，时空的曲率无穷大(弯曲程度无穷大)，物质的密度也无穷大。 黑洞 奇点 彭若斯 和霍金证明奇点存在，但要求奇点必须包在黑洞里 。并认为：奇点应该看作时间的开始或终结! 霍金 有奇点的时空，称为奇 异时空。如果有人把奇点从 时空中挖掉,时空的根本性 质也不会有变化。时空中至 少存在一条光速或亚光速曲 线：它在有限长度内会断 掉，断掉的地方不能用任何 手段修补，以使这条曲线可 以延伸过去。 奇点定理告诉我们： 时间是有限的，黑洞内 部，有一个时间的“终 点”，即黑洞的奇点。 白洞的内部，有一个时 间的“起点”，即白洞 的奇点。膨胀宇宙的时 间有一个起点，脉动宇 宙的时间，则不仅有一 个起点，还有一个终点。 热力学第零定律 时间可在全时空统一定义 热力学第一定律 时间是均匀的 热力学第二定律 时间是流逝的、有方向的 热力学第三定律是否也与时间有关？ 14 奇性疑难——猜想与探索 就目前已知的各种情况而言，到达奇点的物体或人温 度不是处在绝对零度，就是趋于无穷大，都违背热力学第 三定律。因此我们推测第三定律将保证不存在奇点，因此 时间应该是无限的， 无始无终的。 自然过程的不可逆性显示了时间箭头的存在，例如 量子力学中的“测量”过程，指向熵增加的方向。 15 时间箭头——时间的流逝性 量子力学 普里高津提出 耗散结构的理 论，指出热力学 第二定律普遍成 立。 普里高津 另一种时间箭头—宇宙学箭头指出，宇宙从奇点开始，大爆炸后不断膨胀，不断降温。随着宇宙膨胀，宇宙的熵在增加，与热力学第二定律一致。 还有一个时间箭头 是心理学时间箭头。其 含意是：人类只能回忆 过去，不能忆及未来。 从原则上讲，不可逆性本身就是根源。热力学第二 定律本身是一条基本公理，根本不需要导出，我们需 要解决的问题只是：大量微观粒子的可逆运动何以在 宏观上呈现出不可逆性，呈现出时间箭头。 只有热和引力属性是任何 物质都有的，找不出第三种。 16