Page 41 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

间是无限可分的。
牛顿在定义了另一个基本量——质量 m（即物体所含物质的量）之后，进一步给出了动
量和力的定义（即 p=mυ，F=ma），以及动能、势能、功、冲量、角动量、万有引力等概念，
由此建立起结构严谨的牛顿力学体系。这个体系规模宏大，包罗万象，但基本原理却十分简
单，所有力学现象都可以由牛顿三定律和万有引力定律推导出来，所有力学量都可还原为 3
个基本的物理量，即时间、长度和质量。
十八、十九世纪发展起来的电磁学和热力学一开始好像是自立门户，各自都有自己的物
理量和计量单位，如电量（库仑）、电流（安培）、电压（伏特）、热量（卡路里）、温度（开
尔文）等。这些计量单位初看起来似乎与力学计量单位无关，然而，人们后来却认识到，所
有电磁学和热力学中的物理量都可以换算成力学量，计量单位最终都可以还原为时间、长度
和质量这三个基本的量。例如，电荷的电量便可以通过测量两个相等的电荷在已知距离上的
作用力，而由库仑定律得出。再如热量单位卡路里，根据定义，1 卡路里就是 1 克水温度升
高 1 摄氏度时所需要的热量，而热量其实只是能量的一种存在形式，故而可以用焦耳来衡量
1 卡路里 = 4.252 焦耳
而焦耳的单位是
2
千克•米 /秒 2
类似地，对于温度可以从分子进行无规热运动时每个分子的平均能量这一角度来衡量，因此，
温度（开尔文）同样可以以焦耳为单位进行测量，两者的换算因子是玻尔兹曼常量，即
1.38×10 -23 焦耳/开尔文。
二十世纪以来，相对论力学和量子力学提出了许多有别于经典物理学的新概念，如时间
膨胀、长度收缩、时空弯曲、波函数、量子态等，但所有物理定理仍然是依靠时间和空间概
念来陈述的。在相对论和量子力学中，时间、长度和质量仍然是最基本的物理量。
时间作为最基本的物理量之一，在近现代物理学中起着基础性作用，但许多物理学家对
时间的基础地位持怀疑态度。在经典力学中，时间概念是建立在牛顿的“绝对时间”假设之
上的。绝对时间的基本元素是“时刻”，任意一段时间间隔都可分为无数个“时刻”，故时间
是无限可分的，牛顿在数学表达中用无穷小量 dt 表示时间的无限可分性。现实存在的世界
被看作是绝对空间中“绝对同时”存在的物质的集合。绝对时间独立于物质之外，一切物质
又都处于绝对时间之中，所以牛顿认为，时间和物质一样都是真实的客观存在。然而，相对
论发现，时间随运动速度而改变，这被认为是对绝对时间的否定，即自在独立的均匀流逝的
绝对时间并不存在。爱因斯坦在《相对论的意义》中指出，在经典物理学那里，“说到空间
的点，就像说到时间的时刻一样，就好像它们是绝对的实在”，事实上“既不是某事发生的
空间地点，也不是它发生时间的时刻，而只有事件本身具有物理上的真实性。”
的确如此。当我们观察一个运动物体时，我们能够直接“看到”物体移动距离的长短（位
移）和物体移动的快慢（速度），但我们不能直接“看到”时间，如果以“眼见为实”作为
判断标准的话，不难得出这样的结论：物体的位移和位移速率是真实存在的，至于时间，对
于物体运动本身来说似乎并不是必需的。有运动必有位移，有位移必有速度，并非因为有时
间才有位移和速度。虽然速度单位（米/秒）中包含时间（秒），但这个时间（秒）是我们人
为引进的，而非运动客体本身所固有的。事实上，只有在测量和描述运动速度的时候，时间
才是必需的。人为引进的时间（秒）与运动客体本身毫无关系，它不过是我们从计时器上记
录下的一个数值而已，所以说，时间不是运动客体本身的量，而是一个人造的量。正如美国
科学家赫尔曼·邦迪（Hermann.Bondi）所指出：“不论怎么说，时间都不会被当做先验的存
在物，它是一个人造的参量。”而速度则是运动客体本身所固有的量，它表示物体运动的快
慢，只是在引进了时间（秒）之后，速度才被定义为“单位时间的位移”。因此，单位时间
秒不过是一个人造的“刻度”，而且这个刻度带有任意性，原则上我们可以采用任意一种周

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