现在是什么时间？或者现在离新年还有多长时间？这恐怕连小学生也觉得是再简单不过的问题了。可如果把词序颠倒一下再问：“时间是什么？”绝大多数人都会顿觉茫然。事实的确如此。什么是时间？恐怕这是一个大家最熟悉又是最无知的问题。牛顿认为：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为期间；相对的、表观的和通常的时间，是期间的一种可感觉的、外部的或者是精确的，或者是变化着的量度，人们通常就用这种量度，如小时、日、月、年来代表真正的时间。”空间也是让人“熟知但非真知”的一个问题。下面让我们来认识这两个困扰着人类几千年的问题。

 

　　一、什么是时间和空间？

 

　　从质上来说，时间和空间是表达物质运动变化的概念。二者的区别是：空间表达的是物质运动的方向性，它是三维的；时间是表达物质运动的顺序性，它是一维的，不可逆的。

 

    时间和空间有量的表现，一个物体有长宽高三个方向的数量和三个方向上的运动距离，这些都是空间在量上的表现。衡量物体的长宽高和运动距离的数量需要有一个标准，这就是“尺度”，尺度的标准不同，得出的空间的量也就不同，为此需要一个统一的尺度，这就是“公尺”，我们用公尺来衡量所有物体的长宽高和运动距离，来表达空间的量，给世界上任何一个物体和它的运动一个确定的数量。

 

    衡量时间的多少同样需要有一个“标准”，时间的国际单位是“秒、分、时”，但是“秒、分、时”是用什么来衡量的，这只能用物质的运动数量。钟表的秒针每转动一下是一秒，旋转6度，但是钟表的指针的转动速度是人为的，如果钟表匠让指针转地很慢，我们并不认为时间变慢了，因为，钟表的运转是根据地球的自传来制定的，地球自传一周360度是一天，一天是24 小时，一小时是60分，一分是60秒。钟表的指针的运转要根据地球的自传速度来制定。这样看来，地球的自传就是时间的依据和“标准”，但是如果地球的自传在不断的变化，它就还不是一个理想的时间“标准”。光速在真空中的运行是一个相对稳定的数量，用光速在真空中运行30万公里作为时间上的一秒，这也是为时间找到一个“标准”。

 

　　二、空间

 

　　1、坐标系

 

　　把某一物体当作原点，在这一物体上用“统一尺度”来观察和测量其它物体运动的数量，就会的到一个确定的数值。用数学的方式，以此点为圆点建立一个坐标系，这样就为世界上的任何事物及其运动给出一个数值。以另一个物体为圆点就会建立一个新的坐标系，这样我们会建立起无数个坐标系。用“统一尺度”在不同的坐标系测量出的物体运动的数量是不同的，这就出现了时间和空间在量上的相对性，但这不影响时空在质上的规定。

 

　　2、时空的相对性

 

　　在不同的坐标系就会观察和测量到不同的空间：

 

例一：

　　在a坐标系c物体运行了4个距离单位；在b坐标系，c运行了5个距离单位；在c坐标系，c是静止的，没有运动。

 

　　在不同的坐标系，有不同的空间。空间是相对的，没有一个绝对的空间。

 

例二：

 

　　有两个星球ab，在a上观察，看到b在围绕a运行；在b上观察，a绕着b运行。到底是a绕着b运行，还是b绕着a运行，这是不确定的，在不同的坐标系中有不同的空间，空间是相对的，多样的。

 

例三：地坐标和日坐标

 

　　以地球为坐标系，太阳围绕地球转；以太阳为坐标系，地球在自传。在不同的坐标系中，物体的运行的轨迹是不同的。传统观点认为太阳从东边出生，到西面落下；但是，在地球的两级来看，太阳并不是这样运行的；如果以太阳为坐标系的圆点，太阳是静止的，地球在自传，并且围绕太阳在运行。宇宙没有中心，以谁为坐标系，谁就是中心点。

 

　　三、时间

 

　　1、时间是物质运动的顺序性，它是一维的，有过去、现在和未来。牛顿的时间是绝对时间，是与物质运动向分离的时间；而爱因斯坦的时间是相对时间，是与物质运动不能分离的时间。

 

　　2、爱因斯坦的时间“标准”

 

　　衡量时间的多少要有一个标准，时间的标准是用某种物质运动的数量来定义的。在爱因斯坦看来，光在真空中的运行是一个稳定的量，用光的运行距离来作为时间标准就是“光在真空中运行30万公里就是一秒”。虽然同一束光线在不同坐标系中测量的运行距离是不同的，但是如果把光线的运行距离作为时间标准，那么，同一束光线在不同坐标系中运行距离的不同就不是光的运行速度的不同，而是时间的不同。比如一束光在a坐标系中侧得运行距离是30万公里，而在b坐标系中侧得运行距离是45万公里，这就不是说光线在b 坐标系的速度是45公里/秒，而是在a坐标系时间过了一秒，在b坐标系时间运行了1.5秒。这就是时间的相对性。用坐标系表示就是：

 

　　c为光线，在a坐标系，a是静止的，b物体运行了20万公里，光线c运行了30万公里，按照时间标准，在a 坐标系时间过来1秒；在b坐标看来，b是静止的，a物体运行了20万公里，光线c运行了 万公里，按照时间标准（光线运行30万公里是一秒），在a坐标系上时间经过1秒，在b坐标系上时间经过了 秒。

 

　　3、信息的传播

 

　　如果把一个钟表放在太阳上，我们会看到在太阳上的钟表比在地球上的钟表慢了8分多钟，这是因为信号的传播依靠的是光线，光线在真空中的传播速度是有限的，每秒30万公里，从太阳发出的光线到达地球需要8分多钟的时间。如果一个物体与我们相对快速离去，达到20万公里/ 秒，它在30秒的时候，离我们30*20万公里，它在30秒的信息以光速运行，在50秒的时候才到达我们这里，我们在50秒的时候看到它上面的时钟是30秒，比我们的时钟慢了20秒；他们的时钟走一秒，我们的时钟走（1+2/3）秒。在50年的时候我们看到它的时钟是30年，因为我们此时获得的只是它30年是的信息，所以我们会看到，在高速离我们远去的星球上的人会比我们年轻。但是如果一个星球高速向我们飞来，那么，他们的时钟比我们的时钟运转的快，我们的时钟走一秒，他们的时钟走（1+2/3）秒。

 

　　如果一个星球距离我们20万光年，它以每秒20万公里的速度向我们飞来，30年后它与地球相遇。现在在这个星球上出生了一个小孩，它到达我们时是30岁。但是在前20年我们不会得到这个小孩的任何信息，因为信息时以光速传递的，这个小孩出生的信息在20年之后才会传到我们这里，在20年的时候看到这个小孩出生，但是在30年的时候我们它到达我们，它已经30岁了，我们看到他十年的时间过了30岁。在他自己看来它过了30年，在我们看来他只过了十年的时间，它30年的信息传到我们这里被压缩到10年。

 

　　如果一个物体以光速向我们飞行，它所有的信息都会压缩在一起传递给我们，在我们看来它没有经历过任何时间，在它上面时间是瞬间完成。反过来，如果我们以光速相对一个物体远去，这个物体的信息以光速来追逐我们，我们只能得到这个物体的单一信息，我们会看到这个物体上的时钟永远是静止的，因为我们不能获得它任何其它的信息。

 

　　4、光速与时间

 

　　用两面相距1里镜子做成一个光钟，光子象乒乓球一样在两个镜子之间来回相对镜面垂直运动，光线行走30万个来回是30万公里。但是如果光钟离我们高速远去，我们观察到在光钟上，光线不是垂直在两个镜面运行，而是以斜线在两个镜面运行，它运行的距离不是30万公里，而是大于30万公里（可能是50万公里）。在光钟上看到光运行了30万公里，在我们看来光运行了50万公里。在公式中：t=  距离s增加了，如果速度c是固定的，时间t就会增加；如果时间t时固定的，速度c就会增加。在伽利略坐标系中，时间t是绝对的，距离s增加，光速c就会变大；而在爱因斯坦看来，光速c是固定不变的，时间不是绝对的，而是相对的，当距离s增加时，时间就会增加。因此如果物体离我们高速远去，它上面的光钟就会走得慢，因为它的光线30万个来回走了更多路程。

 

　　5、信息延时和距离增加

 

　　把一个时钟放在一个物体上，让它高速离我们而去，我们就会看到它的时间比我们的时间慢，而且越来越慢。我们可以用两种方法来解释这种现象：一是信息的延时，高速运行的物体的信息通过光速传递给我们，物体距离我们越远，运动速度越快，它的信息到达我们延时的时间就越长，所以，它上面的时钟在我们看来就会越来越慢。二是用光钟来解释，高速运动的物体上的光钟，由于在我们看来它走得不是直线，二是斜线，按照光速不变的原理，光钟就走得慢，因为一秒钟的时间他要用一秒多的时间走过，30万公里的路程它却走出50万公里。

 

　　这两种方式计算出来的数值是否相同，我不知道，但是它们共同点就是，高速离我们而去的物体在我们看来时间会变慢。

 

　　四、时间和空间的关系

 

　　时空源于物质的运动。物质运动的距离构成空间，物质运动的顺序性就是时间。用标准的“尺度”可以衡量物质运动的距离；所有的物质的运动都会形成距离，但是某一物质运动的距离作为“标准”，这就产生了时间单位，所以时间概念从数量上来说就是某一物质运动的距离。某一物质运动距离就是时间单位，在这一时间单位中其它物质运动的距离就是物体运动的速度。因此速度从本质上来说就是某一物质运动的距离与其它物质运动的距离的比值。这就是时空的相关性：时间就是空间，不过是某一特定物质运行的距离。

 

　　空间由物质运动的距离来构成，但是物质运动的距离在不同坐标系中的值是不同的，具有相对性，这就影响到时间的数量，因为时间的量就是某一特定物质运行的距离。当这一特定物质在不同的坐标系中测量的距离不同时，时间的数量就会发生变化。在这一坐标系中时间是一秒，在另一坐标系中时间可能是2两秒、3秒、0.5秒等等。

 

　　五、相对论中的时空

 

　　爱因斯坦的相对论中时空的相对性表现为，我们观察高速运动的物体，在它上面时钟会变慢，尺子会缩短。但是这仅仅是时空相对性一个方面，时空的相对性还有另一个方面，那就是我们观察高速运动的物体，在它上面时钟会变快，尺子会增长。这要看我们与物体的关系是什么，在什么坐标系上来测量物体的时空。

 

　　当物体离我们高速远去时，它上面的时钟在我么那看来会越来越慢；当物体高速向我们飞来时，我们观察到它上面的时钟会变快，时间会压缩。