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1、第26卷第11期大学物理Vol.26No.112007年11月COLLEGEPHYSICSNov.2007专论异地时钟同步与时间的度量1211赵峥,田贵花,高思杰,刘辽(1.北京师范大学物理系,北京100875;2.北京邮电大学理学院,北京100876)摘要:介绍了庞加莱等人关于异地时钟同步和相继时间段(绵延)相等的思考,介绍了爱因斯坦约定异地时钟同时的方案,以及朗道等人对该方案的发展.我们赞同庞加莱的设想,即对光速传播性质的约定是时间测量的基础,并指出对光速的约定相当于对时空对称性的约定.
2、我们在约定光速的基础上给出了钟速同步具有传递性的条件,不仅解决了异地坐标钟钟速同步的定义问题,而且解决了相继时间段相等的定义问题,证实了庞加莱原初的猜想,简化了时间测量的理论基础.关键词:同时性;钟速同步;绵延;时间的测量;光速中图分类号:O4121文献标识码:A文章编号:10000712(2007)11000107异地时钟的同步和相继时间段(绵延)步的方案,不仅可以用上述对光速的约定定义异的测量是时间研究中的重大问题.庞加莱认为这两地时钟钟速的同步,而且可以定义任一指定坐标个问题相
3、互关联,而且只有通过约定才能加以解钟相继时间段(又称绵延)的相等,从而不仅回答决.他推测通过约定真空中光速的各向同性有可了庞加莱提出的时间测量的第一个问题(即异地时[1!8]能解决上述问题.钟同步的定义),而且回答了他提出的第二个问题爱因斯坦在建立相对论时,约法真空中光速(即相继时间段相等的定义).这使得我们能够在全各向同性,而且是一个常量,从而定义了异地时钟的时空定义统一的时间(即统一的坐标钟钟速).我们[9,10]同时.朗道等人进一步指出,只有在时轴正交的工作证实了庞加莱当年的设想:作为时间测量的系中才能保
4、证通过上述约定在全时空定义统一的基础只需要一个约定,那就是约定光速,不需要再[11]坐标时间,建立同时面.另外约定好钟的存在.这样,就简化了时间测量的然而,他们都没有讨论同一时钟的相继时间段理论基础.相等应如何定义.为了定义相继时间段的相等,我们认为,约定光速和约定时空对称性是等价物理学中另有一个所谓好钟的说法.好钟的概的.约定真空中的光速是一个常量c(即约定光速均念来源于欧拉的思想:正确的钟速应该保证惯性定匀、各向同性而且满足光速不变原理),相当于约定[12]律成立,或者说保证物理规律简单.时空具有庞
5、加莱对称性.对钟的小步雷达法建立在我们曾经建议了一个新的对钟等级:不要求把局域测量的基础上,约定局域光速是c,相当于约定各点坐标钟的时刻校准一致,只要求把它们的钟速时空存在局域庞加莱对称性.现代物理学中关于好调整同步.我们沿用爱因斯坦-朗道采用的对真空中钟的约定是不需要的,好钟的存在可以看作约定光[12]光传播性质(即光速各向同性而且是一个常量)的约速的推论.定,给出了钟速同步具有传递性的条件.满足这一条在本文的第1小节,我们介绍了庞加莱的有关件的时空,虽然不一定有同时面,但在全时空可以思想,在第2和第3小节分别
6、介绍了爱因斯坦和朗有统一的钟速.在相关论文中,我们强调的是异地道等人关于同时性的研究成果.第4小节介绍了[13!20]时钟的钟速同步.我们自己对于钟速同步传递性的研究,第5小节本文指出,通过我们给出的调整坐标钟钟速同探讨了相继时间段相等的定义.第6小节讨论了收稿日期:2007-07-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(10475013,10373003,10375087);九七三国家重大基础研究规划资助项目(2003CB716300)作者简介:赵峥(1943!),男,江西萍乡人,北京师范大学物理系教
7、授,博士生导师,曾任中国引力与相对论天体物理学会理事长,现为中国物理学会理事.2大学物理第26卷约定光速和约定时空对称性的关系.第7小节给出欧拉最早把时间的度量与动力学定律联系起了简短的结论和讨论.来.他认为正确的钟速应该保证惯性定律成立.庞加莱等人关于持续时间段的相等应定义得使自然定1庞加莱对同时性与时间度量的思考律尽可能简单的论述实际上起源于欧拉的思[21,22]如何定义不同地点发生的事件同时?如何定义想.两个持续的时间段相等?这两个问题曾引起许多重2爱因斯坦对同时性的定义要的哲学家、数学家和
8、物理学家的思考.在相对论诞生之前,庞加莱对这两个问题发表爱因斯坦赞同庞加莱对时间度量的约定论,并[1!7]过不少重要见解.在他的相对论中用约定的方式定义了异地事件的1898年,庞加莱在∀时间的测量#一文中指出,同时.由于物理学是一门实验的科学、测量的科学,我们对于两个时间间
