Page 38 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

还说：“所有的运动可能都是加速的或减速的，但绝对时间的流逝却不会有所改变，不管其
运动是快是慢，或者根本不运动，一切存在的事物的延续性或持久性总是一样的。因此，应
该把这种延续性与其只能感知的量度区别开来。”牛顿认为，相对时间是人们在日常生活中
形成的，是对时间的感性认识，并未反映时间的真正本质，只有在此基础上抽象出的绝对时
间才反映了时间的真正属性和本质。虽然这种抽象具有一定的合理性，但抽象的结果却割裂
了时间和物质运动的联系，这正是其经常遭到批判的原因。从以上我们可以看出，牛顿的绝
对时间与亚里士多德的时间观是基本一致的：时间均匀地流逝着；时间独立于事物而存在；
时间是事物延续性的量度；时间可由运动来计量；时间是无限的，没有起点也没有终点。牛
顿的绝对时间的绝对性主要体现在时间与物质运动无关的特性上，而且时间和空间也是相互
独立且互不相干的，于是，绝对时间成为一个完全独立的客观存在，在逻辑上先于运动而存
在，也就是说，不是时间借运动而存在，而是运动借时间而存在。
正是由于伽利略和牛顿的贡献，时间作为可计量的单位被引入物理学，并且被证明是
分析物理过程的一种富有成效的方法。在牛顿第二定律 F=ma 中，加速度 a=υ/t，这里的时

t
间 t 服从伽利略变换(t  )，是坐标变换下的不变量。按照牛顿的观点，这个时间 t 应该是
相对时间，因为从实际操作的角度看，t 一般是指计时器如时钟所计量的时间，即相对时间。
如果定义“没有误差的钟为标准钟”，那么标准钟指示的时间就和绝对时间一致了，而且所
有的标准钟都走的一样快，显示时间是均匀流逝的。标准钟一经对准，无论何时何地运动与
否，都绝对同步。这个结论对于牛顿力学来说是不言而喻的，然而，爱因斯坦的相对论证明，
这一结论是错误的。
狭义相对论表明，事先对准了的标准钟根据其运动速度不同，钟走的快慢不一样，运
动的钟比静止的钟走得慢。广义相对论表明，不同地点的标准钟根据引力场的强度不同，钟
走的快慢也不一样，标准钟在引力场较强的地方走的较慢。爱因斯坦意识到，所有的时间比
较都必须建立在同时性的比较上，他利用速度不变的光波对不同地点的钟的同时性进行比对，
结果发现，同时性不是绝对的而是相对的，运动的观察者和静止的观察者对同时性的判断是
不一样的。同时的相对性可以用“爱因斯坦火车”来描述：恒速运动的火车上的乘客，通常
以火车为参照系来观察一切事物，路基上的观察者则以路基为参照系来观察事物，如果路基
上的观察者判定雷电同时击中铁路路基上不同位置的两处地点，但火车上的乘客却不能得出
雷电击中路基上的两点是同时发生的，这是因为火车的运动使雷电闪光传播到乘客眼里和路
基观察者的观测是不同的。这样一来，同时性取决于观察者的运动状态，时间变成了一个带
有“主观性”的概念。可以证明，不同地点的两个标准钟的同时性比较与信息的传播速度有
关，只有当信息传播速度无限大时，标准钟的同时性才与参考系的速度无关，否则，同时性
将与参考系的运动速度或钟的地点有关。由于无限大的速度并不存在，光速是极限速度，所
以同时的相对性是必然存在的。
动钟变慢效应在 1971 年被实验所证实：人们将两台原子钟十分精确地对准后，把其中
一台放到飞机上绕地球一周，回到原地后，发现飞机上的那台钟比留在地面的钟慢了约 10 -7

秒。所以，在相对论看来，时间不是均匀流逝的，不同参考系的时间流逝速率是不同的，这
就是所谓“相对论时间”。洛仑兹变换（1.1）式其中就包括了相对论时间变换关系。这种相
对论时间不是直接来源于人对“时间”的感觉，而是一种逻辑推理的结果，它的正确与否只
能由实验来判定。一百多年来的实践表明，相对论的理论预言能很好地符合实验，时间膨胀
效应被证明是客观存在的。
爱因斯坦把一个可变的时间概念引入到物理学，打破了牛顿的绝对时间观，从而把时
间从牛顿的机械论体系的束缚中解放出来。爱因斯坦的相对论时间既具有主观色彩，又具有
客观特征，它把时间的体验与单个观察者密切联系起来，同时又把时间和物质运动密切结合
起来，并根据时间和空间的关联性，成功地把三维空间和一维时间统一为四维时空。在统一

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