第讲时间的性质分解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第讲时间的性质分解,第讲时间的性质分解第讲时间的性质分解一、什么是时间,二、奇点时间的开始与终结,三、彭若斯与霍金的奇性定理,四、对奇性定理的质疑,五、自由光线的加速度,六、钟速同步与第零定律,由于本人工作能力和接触项目有限，希望借此机会将自己的体会与大家分享，更希望大家能提出更多更为深刻的意见!谢谢,一、什么是时间,二、奇点,时间的开始与终结,三、彭若斯与霍金的奇性定理,四、对奇性定理的质疑,五、自由光线的加速度,六、钟速同步与第零定律,一、什么是时间,时间是什么？没人问我，我很清楚；,一旦问起，我便茫然。,圣奥古斯丁,忏悔录,公元四世纪,1.,古希腊的时间观,时间是,“,永恒,”,的,“,映象,”,柏拉图 前,300,多年,柏拉图,（,1,）真实的,“,实在世界,”,是,“,理念,”,。,我们接触到的万物和宇宙，都不过是,“,理念,”,的,“,影子,”,。,（,2,）,“,理念,”,完美而永恒，它不存在于宇宙和时空中。万物和宇宙是不完美的，在不断变化中。,柏拉图,造物主给,“,永恒,”,创造了一个,“,动态相似物,”,“,时间,”,柏拉图,时间是,“,永恒,”,的映象；,时间是,“,永恒,”,的动态相似物；,时间不停地流逝，模仿着,“,永恒,”,；,时间无始无终，循环流逝。（,36000,年一个周期）,亚历士多德,时间是运动的计数,时间是运动持续的量度,时间是循环的。,（时间的出现，使运动的测量成为可能，使我们可以区分快、慢和静止2.,中国古代的时间观,子在川上曰，逝者如斯夫，不舍昼夜。,孔子,论语,子罕,前,500,多年,时间有周期，但不是简单的重复、循环，而是螺旋形发展,年年岁岁花相似,岁岁年年人不同,唐,刘庭之,浣溪沙,一曲新词酒一杯，,去年天气旧亭台，（循环的相似）,夕阳西下几时回。（时间不停向前）,无可奈何花落去，（万物与时俱进）,似曾相识燕归来，（循环的相似）,小园香径独徘徊。,晏殊（宋真宗、仁宗时期）,晏殊,欧阳修,苏东坡,门生,门生,范仲淹,富弼,庆历新政,韩琦,富贵优游五十年，,始终明哲保身全。,欧阳修对晏殊的悼词,晏几道：,“落花人独立，微雨燕双飞”,“当时明月在，曾照彩云归”,“舞低杨柳楼心月歌尽桃花扇底风”,“从别后，忆相逢。几回魂梦与君同。,今宵剩把银釭照，犹恐相逢是梦中。”,3.,牛顿与莱布尼兹的时间观,牛顿,绝对空间与绝对时间,空间：像空箱子；时间：像河流。,时间与空间无关，时、空与物质、运动也无关。,牛顿用水桶实验论证了存在绝对空间，但未具体论证存在绝对时间。,牛顿认为：时间是一条无头无尾、始终如一的河流，没有,“,源头,”,，也没有涨落和波涛。时间除了均匀流逝的属性外，没有其它属性。,按照牛顿的观点：,时间是均匀的，有方向的，没有起点和终点的，永远存在的,“,河流,”,。,如果物质消失了，时间和空间还会继续存在。,莱布尼兹,时间和空间都是相对的；,空间是物体和现象有序性的一种表现方式；,时间是相继发生的现象的罗列；,不存在脱离物理实体的时间与空间。,4.,时空的,维数,约翰,洛克（,John Locke,）,时间是一维的。,（此前已公认空间是三维的。）,库仑定律支持空间是三维的。,.,爱因斯坦的时空观,爱因斯坦的狭义相对论,时间 能量,空间 动量,时间是相对的，空间也是相对的。时空作为一个整体是绝对的。,能量是相对的，动量也是相对的。能量,-,动量作为一个整体是绝对的。,爱因斯坦的广义相对论,时间 能量,空间 动量,物质的存在会使时空弯曲，如果没有物质，时空仍然存在，只不过是平坦的。,爱因斯坦晚年的看法,空间,时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西。并不是物体存在于空间中，而是这些物体具有空间广延性。这样看来，,“,关于一无所有的空间,”,的概念，就失去了意义。,爱因斯坦,狭义与广义相对论浅说,第,15,版说明,.1952.,爱因斯坦,1955,年逝世前的观点,时空是物质伸张性和广延性的表现。,不存在一无所有的时空（没有物质就没有时空）。,时空与物质同生同灭。,.,量子引力的观点,时空与物质同生同灭。,量子引力的观点,时空涨落与时空泡沫,二、奇点,时间的开始与终结,1,、用时空曲率发散来定义奇点,描述曲率的标量,物质密度,Shwarzschild,时空,Kerr-Newman,时空,事件视界和柯西视界,奇环，内禀奇异性,大爆炸奇点（,k=-1,0,的宇宙）,大爆炸与大挤压的奇点（,k=+1,的宇宙）,2,、用测地不可延伸来定义奇点,假如把曲率发散点从时空中挖掉，时空还奇异吗？,奇异性（奇点）的定义,一个时空如果至少具有一条不完备的类时或类光测地线，而且此时空不能嵌入一个更大的时空中，则称此时空是奇异的。,不完备的测地线：一条测地线在至少一个方向上，在有限的仿射距离之内就不可延伸了。,物理意义,至少有一个自由下落观测者（或光子）在有限的时间（或仿射距离）之内就结束了他（它）的存在，或在有限的时间（仿射距离）之前开始了他（它）的存在。,奇点的存在,=,时间的开始与结束,三、彭若斯与霍金的奇性定理,物理时空一定有奇点,时间一定有开始和结束,1,、因果性条件,编时条件,因果条件,强因果条件,稳定因果条件,整体双曲,弱,强,2,、能量条件,弱能量条件,强能量条件,主能量条件,3,、共轭点,Jacobi,场,定义在测地线 上，描述邻近测地线偏离 的,程度的矢量场 ，如果满足测地偏离方程,则 称为定义在 上的雅可比场。,共轭点,设一对点 ，如果定义在 上的雅可比场不恒为零，但在 两点处为零，则 称 为测地线的共轭点。,4,、奇性定理的证明,因果性条件 间的测地线没有共轭点,能量条件,爱因斯坦方程 间的测地线有共轭点,存在物质,(matter),如果上述两组条件均成立：,既要有共轭点，又要没有共轭点。,解决此矛盾的唯一出路：,测地线在 间存在奇点，让这条线,“,断掉,”,！此时间过程一定有开始或终结！,四、对奇性定理的质疑,1,、奇点强烈影响黑洞温度,史瓦西黑洞,Kerr-Newman,黑洞,可证明奇环,Manko,黑洞,2,、逼近,R-N,奇点、,K-N,奇环的观测者的,固有温度发散,可证明,积分加速度发散,固有加速度发散,由于 有限，可证,Unruh,效应,结论：,奇点的存在,3,、关于奇点的猜测：,奇性的存在与热力学第三定律抵触。,奇性定理的证明，可能违背第三定律。,猜想：,热力学第三定律将禁止时间有开始和结,束。,4,、对奇性定理证明的质疑：,均用类时或类光测地线证明,（,A,）类时测地线,有共轭点，一定能在 间微扰出类时非测地线,上,上,（,B,）类光测地线,有共轭点，一定能在 间微扰出类时线,在 上 ，有限值 时，猜测,（若 ，则 为类时测地线，但 类光，不,可能有 ）,在下列论文中，我们证明了 时，,Guihua Tian,Zheng Zhao,J.Math.Phys.,44,(2003)5681,Classical and Quantum Gravity,20,(2003)3927,G.Tian,Z.Zhao,Canbin Liang,Classical and Quantum,Gravity,19,(2003)2777,由,Unruh,效应，,奇性定理是在 （类时测地线）或 类光测地线）情况下证明的，与热力学第三定律抵触。,热力学第三定律不容许时空奇点的出现，第三定律要求时间过程没有开始和结束。,五、自由光线的加速度,1,、,Rindler,变换,惯性系,常数,常数,匀加速系，加速度,2,、,Rindler,对极限情况的解释,，匀加速观测者的世界线是双曲线,（常数）,时，世界线成为光线（视界）,且加速度,Rindler,认为：此光线加速度可看作无穷大,3,、我们的工作：,此光线有镜子反射，不是测地线。,但我们在下面论文中证明了：可无限延伸的类光测地线的加速度为无穷大。,G.Tian,Z.Zhao,C.Liang,Classical and,Quantum Gravity,19,(2002)2777,20,世纪初导致物理学革命的两朵乌云均与对光的认识有关,黑体辐射 量子论,光的量子性,迈克尔孙试验 相对论,光速的绝对性,（对任何观测者恒为常数,C,）,本报告提出一个新的认识：,自由光线的加速度发散！,六、钟速同步与第零定律,相对论中,“,同时,”,的定义,B,钟的时刻,被定义为与,A,钟的 时刻同,时,B,钟,A,钟,“,同时,”,的传递性,A,B C,可证明,A,钟与,B,钟,“,同时,”,时，,二钟相差 一般情况,朗道给出,“,同时具有传递性,”,的条件（即建立,“,同时面,”,的条件）,或 （时轴正交）,我的问题：,物理学中有无类似的,“,传递性规律？（,1978,）,问题：物理学中有无类似的,“,传递性,”,规,律？（,1978,）,答：有。热平衡的传递性（即第零定律）,猜想：二者可能有关系,研究表明：钟速同步的传递性,热力学第零定律,钟速同步具有传递性的条件,或,利用温度格林函数和普朗克黑体谱给出了证明：,赵峥，中国科学,A(1991)No.3.285,Zheng Zhao,Ping Chen,Int.J.theor.Phys.,36,(1997)No.10.2153,赵峥，裴寿镛，刘辽，,物理学报,48,(1999)No.11.2004,赵峥，黑洞的热性质与时空奇异性,零曲面附近的,量子效应，北京师范大学出版社，,1999,赵峥，黑洞与弯曲的时空，山西科技出版社，,2000,热力学第一定律 时间的均匀性,热力学第二定律 时间的方向性,热力学第三定律 时间的无限性,（无始无终性）,热力学第零定律 速率同步的传递性,（保证了时间可以定义）,参考书：,物理学与人类文明十六讲,，高教社,探求宇宙的秘密,（探究求上帝的秘密），,北师大出版社,相对论百问,，北师大出版社,物含妙理总堪寻,，清华大学出版社,弯曲时空中的黑洞,，中国科技大学出版社,谢 谢！,Thank You,世界触手可及,携手共进，齐创精品工程,谢谢观赏,