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时间:牛顿和爱因斯坦阅读答案

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解决时间 2021-12-18 17:27
阅读下面的文字,完成(1)~(3)题。时间:牛顿和爱因斯坦  要是哲学里的时间使人失望,科学里的又如何?十七世纪中叶,惠更斯发明成功第一部摆钟,随后“计时”的精度不断提高,逐渐令人觉得自然界是机械性的,是可预言的。时钟技术的发展把时间从人类的事件中解开,①使我们更相信独立的科学世界。十七、十八世纪产生的“经典”科学所描绘的宇宙里面,自由意旨和偶发事件都是多余的;那个宇宙从各种观点来看,都无异于一座机器。
  真正“科学时间”的诞生,我们可以上溯到发现物体运动数学表达式的牛顿。他的成就的确令人惊叹。他的运动公式,从苹果到月亮都能适用;地球上的动力学,天空上的动力学,被他融汇成一体。②如此有力的表达式仅仅牵涉到很少几个假设,给人十分优美的感觉,因此人们很快地接受了牛顿的思想。于是,牛顿成为现代科学的奠基者。
  牛顿无疑受到数学家巴罗的影响。1669年巴罗从剑桥著名的卢卡逊教授席退休时,设法保证该席由牛顿继任。巴罗曾说过:“既然数学家经常讲时间,他们对该词的意义应有明确的观念,否则他们不过是江湖术士罢了。”然而,尽管牛顿的科学成就如此辉煌,他方程式里的时间却只是一个未经定义的原始量。就像牛顿的空间一样,牛顿的时间也是绝对的。这就是说,所有任何事件,都在空间里有个一定的位置,都发生在时间里某个特定的时刻。③牛顿的《自然哲学之数学原理》说:“绝对的、真实的、数学的时间,由于它自身的本性……与任何外界事物无关地、均匀地流逝。”
  牛顿力学具有极高的预测能力,它使每个时刻都有能力提供宇宙过去未来所有可能的信息。我们只要把宇宙某个时刻所有星球的位置、速度,放入一个解牛顿方程的巨大计算机就行了。冻结在那个时刻的,是整个的过去和未来:计算机能算出别的任何时刻星球的位置和速度。但是牛顿方程式不会做的是,它不能断定时间的哪个方向是我们宇宙的过去,哪个是未来。牛顿方程式从时间里把方向抽走了,没有为时间的不断前进性腾出任何地方。他这种对称式的时间,可以用拍摄行星运动的影片来阐明,好比说,用1977年发射的探测外太阳系的旅行者二号飞船拍的影片。牛顿首次对这种运动定下了数学规律;然而,顺放也好,倒放也好,影片总是符合他的天体力学定律的。过去和未来都是预先注定的世界,对这种决定性世界的信仰,在物理学发展上起过极大的作用。
  现在我们知道,牛顿的运动理论,在有些场合之下不适用:当物体的速度接近光速时,它不适用;在大质量、高引力场,包括黑洞的情况下,它也不适用;它也不适用于牵涉到原于和亚原子粒子的极小尺度上。可是主管这些场合的二十世纪两大革命,即爱因斯坦的相对论和量子力学,也同样建立在时间无向的概念上面。因此,要想在历史文学的不可逆时间和牛顿定律的对称时间之间搭桥梁,这两套理论同样是束手无策。
  这并不是说它们没有对于时间提出新的、引人入胜的观念。爱因斯坦的相对论砸碎了牛顿绝对时间的通常观念——宇宙中任何事件都发生在空间的某一点、时间的某个时刻,而那时刻是到处一样的。爱因斯坦认为存在是四维的,是在合并三维空间和一维时间的四维时空中的存在,而不是一个三维存在外加它在时间上的演化。我们的时间感会被疾病或者药物搞乱。④而爱因斯坦的相对论说,时间对不同运动状况的观察者是不同的:对某个观察者来说,一台钟如果钟本身移动得越快,它的时针、分针、秒针就走得越慢。⑤相对论兴起以后,经过逻辑学家戈岱尔的研究,连时间旅行的可能性,也登上了科学的大雅之堂。
  尽管如此,爱因斯坦惊人的相对论对时间的单向性,还是无话可说。就跟牛顿方程式一样,如果我们知道一个系统——例如围绕一个黑洞的一颗星,或者整个宇宙——在某个时刻的所有细节的话,那么爱因斯坦方程式的结构便能使我们知道它的整个过去和未来。可是,究竟哪个方向是过去,哪个方向是将来,它并未留下任何线索。此外,与它有关的数学中出现令人为难的“奇点”,在那里,空间、时间和物质无法描述,因而引起对它基本性的怀疑。最有名的奇点就是所谓的“大爆炸”——那个普遍被认为产生宇宙的超高密度火球。在这个奇点,巨大的能量都集中到一点,理论中的可测量都变为无穷大,从而变为无意义。正如宇宙学家西亚玛所说:“广义相对论孕含着自戕的种子。”
(1)根据文本提供的信息,下列理解不正确的一项是( )
A.牛顿力学里过去、现在、未来的任何时刻都是一样的;因此,力学没有时间性。
B.十七、十八世纪时产生了“经典”科学,让人们相信自然界是机械性的、可预言的。
C.惠更斯发明了第一部摆钟,随后“计时”精度越来越高,标志着“科学时间”真正诞生。
D.天体物理学认为“奇点”是宇宙刚生成时的那一状态,是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”,即“大爆炸”的起始点。
(2)以下文字是从原文中截取的,应还原至文中的①②③④⑤哪一处?(只填序号)( )
格林尼治天文台也好,远处旋涡星系的一个角落也好,每个地方都被现在这个同一时刻所连接。
(3)本文介绍了牛顿和爱因斯坦的理论有哪些异同?请分别概括。
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最佳答案
(1)C(2)③ (3)同:牛顿的动力学和爱因斯坦的相对论都建立在“时间无向”的概念上。   异:牛顿的动力学认为时间是绝对的,爱因斯坦认为时间是相对的;牛顿认为存在是三维存在外加它在时间上的演化,爱因斯坦认为存在是四维的。(意对即可)
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