时间是个什么东西,时间是干什么用的

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-31 23:36:50

你是否遭遇过这样的尴尬,孩子问你一些看似简单的问题,自己支吾了半天,却总是说不到关键?不仅孩子没听明白,自己细想起来,也照样觉得似是而非。本人从事中小学教育教学工作三十余年,曾解答过学生无数的问题,深知有一些可以三言两语,而有一些即便长篇累牍也未必能当场说明白。现罗列所遇到的一些比较"刁钻奇怪"的问题,如果你家的孩子恰好也曾向你提起过,不知你又是如何回答的呢?(限于认知,不妥之处,欢迎赐教。)

一、时间到底是个什么东西?

时间是个什么东西,时间是干什么用的(1)

宇宙大爆炸后,空间不断膨胀和冷却示意图

可能有人看到这里会哑然失笑,这有何难呀?时间不就是白天黑夜、一年四季,早上七点起床,八点上学吗?不就是一天二十四小时、一年三百六十五天、地球诞生于四十六亿年前吗?不就是昨天今天和明天,过去现在和将来吗?

是呀,我的回答也包含了这样一些内容。但我明白,这些只是我们对时间的直观感受,全是基于经验常识的判断。这种认识水平与几千年前我们的祖先没有太大的不同。孩子听后也往往还是一脸茫然会继续追问:时间是真实的存在吗?是不是一直都有时间?

时间就像一个迷,我们平时在消费时间的时候,从来不会去思考它。现在,我们不妨冥想一下:时间无处不在,谁也离不开它。它看不见摸不着,就像空气一样。不,应该说时间比空气更厉害,这世上有真空存在,恐怕难以找到没有时间的地方。时间与我们如影随形,却是一个熟悉的"陌生人"。

时间是个什么东西,时间是干什么用的(2)

古代计时工具日晷

人们对时间的认知,往往都带有深深的时代特征。早期的时间观念,源于远古先民长期的生产劳动,他们从日常经验出发,对时间主要形成了两种集体记忆。第一种,时间是周期性循环的过程。这种认识源于平时所看见的昼夜交替,日出日落,春夏秋冬等周而复始的自然现象。他们还据此制作了沙漏、日晷等早期的计时工具。第二种,时间是不断流逝的过程,这种认识则主要源于生老病死的人生体验。由于每一个人出生之后,都会经历幼年、童年、青年、壮年和老年,直至死亡的过程。所以,古人认为,时间就像流水一样,一去不复返。

人们对时间的认识,大致经历了一个"螺旋形的进化"发展过程。到公元前四百年左右,人们开始认识到了时间的客观性,认为任何人都不能创造时间,它是客观永恒、无始无终的。其中最典型的代表就是古希腊的德漠克利特和亚里士多德。到了近现代,诞生了牛顿的"绝对时间"和爱因斯坦的"相对时间",人们对时间的本质有了更进一步的认识。

1687年,牛顿在他著名的《自然哲学的数学原理》中提出了"绝对时间"一说,认为时间与运动无关。"绝对时间的流逝不能改变,不管运动是快是慢,还是零,延续……始终是相同的。"几百年来,牛顿建立的这种时间概念为多数人所接受。尽管有少部分人抱有怀疑,却一时又无法反驳。直到20世纪初,爱因斯坦提出了相对论,才从根本上改变了牛顿的绝对时间观。相对论认为时间是相对的,它会随观测者的速度的改变而发生变化(时间膨胀效应)。在爱因斯坦的眼中,如果我们的速度足够快,时间可以变慢可以停止甚至可以倒流。

时间是个什么东西,时间是干什么用的(3)

卫星

相对论将时间与物质的运动联系起来,这是20世纪科学之所以能飞跃式发展的思想起源。从表面上看,相对论晦涩难懂,与我们的生活常识相悖,一度被不少人认为是无稽之谈。但是,随着科学技术的发展,相对论早已悄然进入了我们的生活。在GPS 的研发过程中,就必须考虑狭义相对论带来的时间膨胀效应,以及广义相对论中时间流逝的速率与维度之间的关系。如果GPS忽略高速运动卫星上时钟极小幅度的时移,不对数据进行必要的修正,那么它的定位精度将大打折扣,一天带来的偏差至少数十公里,甚至可达几百公里。

现代汉语词典对时间的基本解释是:物质运动中的一种存在方式,由过去、现在、将来构成的连绵不断的系统。是物质的运动、变化的持续性、顺序性的表现。现在我们普遍接受的这个时间定义,在相对论诞生之前,是不可想象的。

1988年, 英国物理学家斯蒂芬•威廉•霍金出版了一部名著《时间简史》,这本书一共十二章,深入浅出地告诉我们宇宙从何而来,并探讨了三种时间箭头之间的统一性问题。霍金认为,时间初始于宇宙大爆炸(奇点),并将终结于黑洞。可能有人会问,宇宙大爆炸前有时间存在吗?这个问题,霍金明确地回答:奇点没有"之前"一说,讨论在此之前的时间是毫无意义的。

在科学家的眼里,世界上没有什么东西比"时间"更难捉摸。关于时间的本质,除了牛顿的"绝对时间"和爱因斯坦的"相对时间"之外,我国学者李易文还曾提出过"无时论"。他认为,时间并不是真实的存在,它只是自然变化的综合体现。比如,咖啡变凉大约要十分钟,但它需要的不是时间,而是热传递;头发变干真正需要的也不是时间,而是水分子的蒸发。一切我们称之为时间的东西,都是物质之间发生"自然变化"的综合体现。

尽管时间的观念古已有之,但由于受客观条件的制约,人们对它的认识,一直都不是很透彻。即便到了现在,有些涉及时间本质的问题仍是一个待解之谜。相信在今后相当长的一段时间内,人类对时间的本质认识,都将继续处于一步一步地不断深化、越来越逼近其客观真相的过程中。

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