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2009-06-15 23:19:49| 人氣3,300| 回應15 | 上一篇 | 下一篇

探討牛頓關於時間空間與運動的思想

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牛頓在構造他的古典力學體系時,仿照歐氏幾何原本,定了一些公設、定義與公理,其中時間、空間、處所和運動,他都沒有定義,而放在定義之後的附釋,因為他認為這幾個都是無法再說明,形同公設的觀念.
 
講到絕對時間的觀念,牛頓強調這個世界上沒有一種可以真正衡量時間的方法,不論是行星的運行或鐘擺,都是我們藉以分割時間的工具,其間沒有證據證明它們完全貼服於真正的時間的均勻流逝.愛因斯坦採取光速不變原理在牛頓看來,應該也只是另一種鐘擺而已,光速不變是一種純粹的假設.
 
因此,在以太漂流實驗(Michelson-Morley experiment)結果出來後,古典派的物理學家勞倫茲(Hendrik Lorentz)所做出的解釋認為,是運動者本身大小遭受扭曲,是運動者相對於以太(ether)移動時產生的效應.在勞倫茲轉換的邏輯下,我們並不需要廢除絕對時間的觀念.
 
換言之,是光子軌跡鐘本身變快變慢,而不是時間本身變快變慢.
 
愛因斯坦由光速不變原理所推導出來的狹義相對論,沒有真正推翻絕對時間絕對空間的思想,就古典派而言,它頂多是一個思維經濟(economy of thought)下的精巧製作而已.牛頓的自然哲學從未否定,光因傳導的距離而造成的虛假的「共時性」,雙生子矛盾也無法推翻絕對時間的思想,因為光子軌跡鐘會變慢,人的生理活動自然也會變慢.
 
如此說來,絕對時間絕對空間的思想豈不是如同證明上帝存不存在一樣,是一種純粹的形上學?
 
從實證主義的觀點,任何形上學假設只要能符應實驗操作,都可以承認其有效性,愛因斯坦的相對論時空觀,正是在如此的狀況下,取代人們傳統的絕對時間空間觀念,畢竟假設整個宇宙瀰漫著傳輸電磁波的介質--以太,甚至認為物體迎向以太行進時會被擠壓變扁,聽起來不是一個太高明的想法,更何況,以太不像基本粒子一樣還能被加速器與雲霧室捕捉到,要說明的是以太並不是牛頓設想出來的.
 
然而,當我們要將相對論的原理適用到更大範圍時,可能要重新思考其背後的哲學是否可以繼續走下去.做為現代物理學兩大支柱的量子論與相對論,相互間最大的矛盾之一,即在於量子論隱含著古典理論中絕對時間的同時性.
 
再講到絕對空間,事實上,牛頓也說他無法確定這個世界是否存在絕對不動的參考坐標系.因為,我們看似靜止的眼前的這部電腦正隨著地球的自轉在絕對空間中移動,地球本身則繞著太陽,太陽又帶領整個太陽系在銀河系邊緣行進,而我們的銀河系又做著什麼樣的運動,我們不得而知.絕對空間可以說是一種純粹的認知範疇,如同康德所認為的,或許絕對時間與絕對空間都只存在於人的認知架構中.不論是相對論或非歐幾何學在描述時空的性質時,距離素樸的絕對時間絕對空間多遠,它的說明方式還是立基於絕對時間絕對空間的架構.
 
牛頓的思想其實非常深刻.他清楚看到看似靜止的物體可能在絕對空間中運動著,反過來,也許有一天我們會發現有一個宇宙之錨,我們誤以它在運動中.
 
他在<原理>(Principia)一書中,為了區分出相對於絕對空間的絕對運動與相對運動,曾以旋轉水桶為例子.他說,放開捲扭的吊索後,水桶起初旋轉,水桶相對於水體是運動的(反過來講也對,水體相對於水桶是運動的),而水面平靜無波.慢慢地桶子帶動水體旋轉,水體因此加速度而產生離心力,最終造成水面中央凹陷,水體與水桶達到等時旋轉,水體相對於水桶是靜止的.當一個人站在水桶的立場看,最初水體是運動的,卻沒有離心力作用,待水體靜止時,反而有離心力作用.此時,站在水桶的觀察者就可以確認水面中央凹陷是因為它在做絕對運動,即使相對於水桶而言,它沒有在運動.
 
即使我們無從測知絕對運動的運動軌跡,但透過旋轉水桶實驗,我們證明了絕對運動是存在的.
 
奧地利物理學家馬赫卻不認可這樣的證明,他認為我們是不可能真正區別出絕對運動與相對運動,如果以旋轉水桶為例,我們也可以解釋成是四周的星辰圍繞木桶的旋轉,其引力的吸引水體到桶壁,使水面中央凹陷,聽起來或許很奇怪,不過我們也無法否認遠方的星辰是可以有這樣的引力影響水面.
 
所以,雖然看起來,牛頓照盤全收一般人對時間空間的觀念,但運用到運動上時,他是經過深思熟慮的,至於馬赫以及他的後繼者愛因斯坦,將絕對運動與相對運動不加區分地用等效原理來處理,在形上學的觀點上,並不一定比牛頓優越,不論是相對論或量子論,在解釋現象的能力上,都遠遠不如牛頓古典體系的明白易解.牛頓的絕對時間空間思想也不是那麼膚淺,我們有必要重新回頭來認識,尤其是要解決量子力學中的同時性問題,更需要對時間與空間的本質更多釐清.
 
顯然地,牛頓所討論的時間與愛因斯坦所討論的並不相同,這或許可以給我們一個啟示,量子論中的時間與相對論中的時間是同一回事嗎?也許我們只是用著同一個詞在指涉根本不同事物,畢竟,古典力學、熱力學、相對論、量子力學對時間性質的描述各個不大相同.

台長: 夏途島
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小杜白雲
島兄是學物理的嗎?
這篇論述大有深度啊!
2009-06-16 09:19:46
版主回應
我是一類組的.

是牛頓大有深度呀!這篇文章算是把他的話再翻得更白話一點.
2009-06-16 21:17:53
小杜白雲
不過,「光子軌跡鐘」變慢這個概念,我覺得有些倒果為因的硬拗。

「變慢」不就是一種針對時間的描述,如果鐘可以變慢,就代表時間是變慢了,不是嗎?

有必要為了維持時間的僵固性,而創造一個「時鐘」來當代罪羔羊乎?
2009-06-16 09:23:01
島途中
愛因斯坦的看法和白雲兄一樣.

不過,鐘擺不準這種事不能說是硬拗啊!事實上,在雙生子矛盾中,兩個光子軌跡鐘的時間確實是不同的,所以,就比較快的那個鐘來講,另一個鐘確實變慢了.光速不變是愛因斯坦提出的,但這也只是一種形上學假設,與絕對時間,沒有誰比誰一定更正確,而要看誰的解釋力比較強.

目前看來,兩者都有弱點.要解決各種理論的矛盾,可能要先釐清它們對於”時間”倒底是不是說著同一回事.
2009-06-16 21:24:24
粗魯氏
時間到底是絕對值還是相對值?
有時生活會覺得度日如年
有時生活會覺得光陰似箭

浪費生命時時間是絕對值
至於如何是浪費生命那是相對值

謹此就教
2009-06-22 22:54:58
島途中
一種是內在時間(innere Zeit),是所謂時間是相對值,那算是個人主觀感受的時間.

至於自然科學中的時間,有牛頓的絕對時間,相對論中的絕對空時,熱力學中具時間箭頭的時間,量子力學中的時間則與古典派一樣.

所以在時間觀而言,物理學中有三種時間.

當然,近幾十年來,更新的物理學思想,所謂弦論,那入場難度太高,到現在,我還不知道他們的時間觀是什麼,如果以他們討論高次元時空來看,他們應該是繼承了愛因斯坦的時空觀.

以上是我目前知道的,我下面應該還有一兩篇文章探討愛因斯坦與牛頓之間差異的地方.有一些部份,我要再稍微想一下.
2009-06-23 09:06:11
粗魯氏
時間依舊是順流而不可逆流
雖然是可以跳躍而產生不連續之時間流
這裡還是相對值

簡單的說就是用盡吃奶之力穿越時空
最終還是只能回到穿越時空動作的原點
只是有個過程產生穿越時空
其實啥都沒改變
2009-06-23 21:32:58
島途中
時間,可以逆流吧!微中子就是逆流的.

什麼是不連續的時間流?你在說虫洞嗎?沒有人知道是否可以穿越虫洞.

你所謂的相對值又是指什麼呢?促成物理定律成立的時間能是主觀相對時間嗎?即使是相對論中的時間也不真是相對的,而是要和空間合計成一個絕對空時.

最後,你所寫的話,是你的推測,就我們目前的所有知識並無法否決時空倒流的可能,所以有 Goedel 旋轉宇宙說、愛因斯坦-羅森橋(即所謂虫洞).實情如何沒人知道,所以你的推測也只能說是一種與常識比較相符的推測而已.只是常識並非總是正確的.
2009-06-23 21:55:44
粗魯氏
丹佐華盛頓有部電影就是可以看到幾天前影像的那個
丹佐所處之時空與丹佐看到的時空
這兩個時空應當可視為相對吧

不過電影中有些矛盾
這兩個時空藉由ox而連結時就產生平行
而平行間之距離為其時間差

感謝回應特首的胡言亂語
每每受益良多
2009-06-23 22:19:43
島途中
什麼 De javu 那部電影嗎?

平行宇宙絕不是那樣的,平行宇宙是一旦分裂的話,就在不同時空了,所以,你可以回到過去,但無法再從那個過去回到現在這未來.

平行宇宙本身就是個很扯的想法,每發生一個事件,整個宇宙就分裂成兩個一模樣的宇宙,只有在那個事件是正合相反,造這種理論所說,這個世界有天文數字那麼多的宇宙,這種理論如何驗證呢?

平行宇宙說出現只是為了讓上帝不用玩骰子,除此以外,別無作用,可以說是為解決一個問題,產生另一個更頭大的問題.

胡言亂語也是一種勇氣啊!像這類問題,我的答覆說不定就某些專業人士而言也是胡言亂語.

畢竟,我不是物理科班出身,這些觀念都是自學而來,如有什麼錯誤,也是很有可能的.

但,我不怕被高手指點,就獻醜寫了這些,也算是一種胡言亂語的勇氣吧!
2009-06-23 23:07:39
粗魯氏
騎烏龜遊龍宮
跟茱蒂福斯特的某部電影剛好相反

時間會不會有這兩種情形都存在之可能
2009-06-25 01:02:14
島途中
不知道你講的茱蒂.福斯特電影是哪一部,所以不解.
2009-06-25 03:20:16
粗魯氏
Contact
跟馬修麥康納演的
2009-06-26 04:14:37
島途中
那部片子是否算是講到時間的問題呢?有點疑問.

Sagan是有名的科普作家兼天文學家,他講的是他對虫洞的一種設想.

既然沒有人碰過真正的虫洞,也可以說怎麼講都不算錯.科幻嘛!
2009-06-26 22:29:31
小杜白雲
光速不變是假設?還是已經在太空物理的領域中得到證實了呢?

我雖然以前是二類組的,但對這個也是沒有研究啦!
2009-07-07 11:08:16
島途中
所謂證實,要看你的解釋方式.

如果,你認為以太漂流實驗證明了沒有以太的存在,那麼光速顯然是恆定的.

如果,你為了保留以太存在的假定,或是認為有某種不知名的原因產生運動空間的縮短,將勞倫茲轉換解釋成純粹空間的收縮,那麼光速就不是恆定的.

愛因斯坦與馬赫都有些傾向實證主義的思想,這也影響了他們看待物理實在的看法.

而愛因斯坦又比馬赫更接近康德,所以,除了實證主義,他還是一個實在論者,所以,愛因斯坦在哲學路數上,可以說是一個康德主義者,問題是相對論與康德主義有一些不一致的地方,我們不知道描述愛因斯坦是個康德主義者的話,他本人是否接受.
2009-07-07 20:17:40
是 (若未登入"個人新聞台帳號"則看不到回覆唷!)
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