各位同学大家好，这节课我们要讲一下物质的舞台——时间与空间。在讲之前需要提到，孟老师给大家讲过的一个关于物质的情况。原子分子包括固体、液体还有气体。每一个物质的元素是什么？以后还要看这些物质都有些什么样的性质？它们在我们的宇宙当中，跟我们的生活怎么样相互联系的？在此之前，这节课主要要给大家稍微介绍一下时间和空间的观念。
时空观的定量化描述是物理学的基础。
这一点实际上是很重要的，因为没有一个时间和空间的观念，我们很难科学地描述现象。我们平常会用一些比较感情化的语言来描述，比如说白驹过隙，再比如说慢似乌龟这样的语言。这些东西都无法真正地来定量化描述我们的世界，不能够帮助我们认识我们的世界到底是符合什么样的规律，怎么样运行的。如果我们需要描述一个事物，比如说一个人在奔跑、一个小猫在喵喵叫、河流山川甚至星辰的运行是怎么样子的。
我们都需要定量地把它刻画好，那么怎么样定量地刻画好呢？
实际上我们可以先从一个简单的事情来看，古代有个科学家叫伽利略，他描述了一个事情。他描述了一个什么事情呢？一个小球沿着斜坡滚下来的时候，会是一个慢慢加速越来越快的过程。一句话就是，这小球滚的越来越快。这样一个运动，我们应该怎么样定量地来表达它呢？伽利略是怎么做的？他想：“我现在要是看它的运动，要看它在间隔相同的时间段它能运动多少。
”这里边间隔的时间段就是时间，运动多少就是空间。他怎么做的呢？他用自己的脉搏，脉搏按说都是等时间间隔的，他数着脉搏，脉搏每跳动一次的时候，让另外一个人沿着小球刻画出来小球移动的位置。后来他常清晰地发现，随着时间流逝的时候，小球运动的距离是1、4、9、16这样一个平方的关系。他反复的这样，就能够把这个运动刻画好。这实际上，就是说明了我们怎么样把时间和空间利用好的一个事情。
我们要说的第一件事情是，什么是时间？我正在花时间听老师上课，这个时间是什么意思？我现在给大家讲了课，这个课讲完之后，我已经老了可能20分钟、30分钟。我不可能再回到这节课之前的时间，你们可以反过头来看我20分钟之前的情况，但是我已经再也回不到那个时间去了，这个时间是什么？我希望同学们真正好好想一想，时间在词典里有很多很多的说法，但是你想一想，时间到底是什么？
用一个可能稍微抽象一点的词来描述它，“需要多久”是描述任何事情都没有发生的时候发生的这样一个事儿，比如说一个秒表“咔吧，咔吧”地走，从一个“咔吧”到另一个“咔吧”之间，算是一个时间段，这时候中间的事情，我们是不考虑或者认为中间是没有发生的。那我们如果要是真是想刻画一个时间的话，我们怎么做？我们需要周期性的东西才能刻画时间，比如我们有一个像弹簧一样的东西，它会周期性的振动、摆动。
我们更常见的一个周期——太阳的东升西落，从太阳升起来到太阳落下去，每天都会这样，那么这是不是一个好的周期，从早上开始到晚上结束，这是不是一个好的周期。
再比如说我们的水龙头，你打开水龙头的话，你会看见水滴一滴、一滴、一滴地往下滴水，这实际上是我们以前古代中国人用的一个很重要的量器，就是滴漏。
我们利用这样的一滴一滴的水，能够把每天的时间刻画好，那么随着一滴滴的水到最后一个容器，它里面有个标尺，这个标尺会往上慢慢地浮起来。我在这标尺上，如果刻上刻度，就能够看出它是均匀地升高。实际上我们中国话里面的“时刻”，就是这样的一个东西。那这样我们有两个测量时间的方法，我们可以把它对照一下。
比如说每天太阳升起，太阳落下，那么另外一个情况呢？
一个滴漏放在这，或者我们也可以有一个沙漏，你们家里可能有这样的东西。一个沙漏，你把它翻过来，可能30分钟或一个小时，它沙子就漏完了，然后你得再翻一下。实际上这是在大航海时代大家经常用的一个东西，船上专门有个人管着沙漏，一个小时换一下，一个小时换一下，我们现在可以看这里面哪一个准确。我们可以互相对照，从早上到晚上，这个时间是否是一个真正的周期。
虽然我们感觉是，但是如果你把一整天、一个昼夜，从正午的时间看到下一个正午的时间的时候，这个就是一个很好的时间起始点，这就是我们以前时间刻度的原点。
我们古代的人经常做着天文台，比如说，现在有个开封（登封）的天文台，也就是专门测量正午时间的日影。太阳的光线从塔上面的孔，照在正北方向的一个尺子上面，那么我们可以知道什么时候是正午时间，于是一天一天，这就是一个非常好的时间量器。除此之外，我们可以在这之间互相比较，我们就能知道一天是一个“好时间”（好周期）。
那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？
那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？
时间尺度可以有多长？那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？
时间尺度可以有多长？那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？
时间尺度可以有多长？那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？
时间尺度可以有多长？那么如果我们有一个这样的沙漏，我们一天翻24次，可以说这沙漏也是一个“好的时间”。
它们两个可以互相印证，那么我可以把一天的时间划分24个小时，每一个小时就是我们一个沙漏翻一次。我们再找一些周期性更小的东西，如果要是它正好，60次顶一个小时，那么可以定一分钟，再往下再快，60下一分钟，那就是一秒钟。我们可以用这样的钟摆，不同长度的钟摆具有不同的周期，我们可以把这些东西都定下来。我们有一秒钟了，那么一秒钟再短怎么办，我们就不能用我们摆锤的方式了。
我们可以在电路里边，人为的制造一些电流的震荡，这样的震荡可能频率会更高，比如说可以是一秒钟一千次，一秒钟一百万次，甚至一秒钟一千亿次，一万亿次。我们现在一秒钟的标准定义，实际上是一种元素，铯133这种元素，它发出的电磁震荡差不多九亿次震荡，所需要的时间。如果我们再想，能测更短的时间吗？刚才说我们是到了，一秒钟一万亿次的级别都能够测量了，再往下有没有可能测量？
实际上这样的电磁震荡已经跟不上了，我们还有没有其它的方法？有！这个方法大家平时做过很多这样的数学题，比如说一辆车从一个位置开过来它灯亮了，然后到另外一个地方的时候它的灯灭了，中间用了多长时间？我没有秒表，但是我知道它的速度，我知道它走了多少距离，一除我就知道了时间。
比如说我们知道有一些非常短寿命的基本粒子，在前面课当中讲过，它们寿命非常非常短，可以是10^-16秒这样的一个寿命，这样的寿命我们能不能测量。下面有一张图。可以看到里面有很多轨迹的线，这些白线实际上就是在空间飞行的一些粒子所走的轨迹。你有没有发现其中有一条线或两条线，是有头有尾的，为什么有头有尾？有头就是它这时候出现了，而尾巴的位置就是它已经湮灭掉了，即消失掉了。
我们知道它的运动速度，所以我们就能测出它的时间。实际上我们知道在很多这样过程当中，不但有10^-16秒的这样的一些过程，还甚至有10^-24秒这样的过程，我们已经到了这样一个更短的时间。
那么再短还有可能吗？如果我们没有这样的一个物理现象，更短的时间是否还有意义讨论。我觉得这个实际上是很有意思的，一个哲学问题，也是一个现实的物理问题。时间是否是无限可分的，在时间的底层有没有什么基本的现象，从而告诉我们其他一些新的知识？