科学的回归 浅说时间

----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 5 二、浅说时间 1、微积分的重要性 微积分研究方法是现代自然科学研究最重要的工具，可以说现代自然科学的发展离不开 微积分工具。微积分研究方法用通俗的语言解释是：研究一个具体的事物时，把这个研究对 象分解成小的个体，然后在对这个简单的个体进行研究，如果研究还存在困难，那么再把个 体进行分解，分解成更小的研究对象，一直持续下去，直到足够简单，然后把个体研究清楚 之后，再把这些个体进行组装，最后就能把研究对象彻底研究清楚。下面采用这个思路浅论 时间。 上小学时，老师讲述瓦特故事时说“牛顿缔造了工业革命的钥匙，瓦特拿着这把钥匙打 开了工业革命的大门。蒸汽机的发明，开辟了人类利用能源新时代，标志着工业革命的开始”。 虽然老师当时用非常浅显的例子来说明蒸汽机的重要性，但孩时的我无法理解那些伟大发名 的重要性。上了 初中 初中体育教案免费下载初中各年级劳动技术教案初中阶段各学科核心素养一览表初中二次函数知识点汇总初中化学新课程标准 ，学中国历史时,接触到“船坚炮利”这个名词，对这个名词当时也不 理解（鸦片战争时期，英国战船技术处于由木质风帆时代向蒸汽铁甲战舰时代的过渡期）， 但教科书上说所写的“鸦片战争是中国近代屈辱史的开端”，在心中还是留下了深刻的印象。 后来在高中物理学习了斜抛运动，才初步理解“炮利”的原因。后来随着知识面的扩展,理 解了船坚的原因是瓦特发明了蒸汽机，火炮精度的提高归功于牛顿对斜抛运动的研究。牛顿 将抛物运动分解为水平的匀速直线运动和竖直上抛运动，在研究竖直上抛运动时，牛顿发现 速度和位移互为微积分关系，加速度和速度互为微积分关系。优其关键的是在竖直上抛运动 中，加速度为一个常量，很明显理解常量要比理解斜线和曲线容易的多。利用抛物运动理论 可推导出与斜抛运动相关的许多 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，其实际应用就是弹道曲线的研究，这无疑会提高火器 的精准度。火药虽然是我国的四大发明之一，但由于诸多原因缺乏后期持续的发展，因此导 致后来的落伍。我想其影响可以用在西方世界流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣 说： 丢失一个钉子， 坏了一只蹄铁， 坏了一只蹄铁， 折了一匹战马， ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 6 折了一匹战马， 伤了一位骑士， 伤了一位骑士， 输了一场战斗， 输了一场战争， 亡了一个帝国。 马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变化，但其“长期”积累效 应却是一个国家存亡的差别。此处引用来说明微积分的重要性是比较合适的，类似的思路在 下面在讨论“时间”时还要用到。 回顾牛顿对抛物运动的分析过程，有两个重要的方法：第一个是运动的分解，第二个是 微积分这个数学工具。同时带来两个启示，第一个是从自然定律到自然行为的道路不是直接 的，它们之间有一道鸿沟，需要借助数学物理方法来跨越这道鸿沟。第二个是互为微积分关 系的物理量是非常重要的。这些在下面还要进一步论述。 2、波的相位差与时间 我在《自然科学之中医原理》中提到了“波”、“气”、“弦”三个理论，下面就这三个理论 简单说明。 （1)“波”理论相关说明 在这三个理论中，“波”理论没有新的概念，就是大家知道得，“波”的传播、叠加、合 成、分解等。波在传播过程中会表现出反射、折射、衍射等特性。波和圆之间的关系体现了 波的合成与分解，称其为“波”理论的原因是最近 10 多年，笔者一直尝试用“波”相关的 知识，来解释各种物理现象，试图完成“物理学的统一理论”。我查阅了近几十年已出版的 十多本，与“物理学的统一理论”有关的书籍和文献，隐约感觉很多人已经走到“统一理论” 的边缘，因此相信在不久的将来，物理学将会统一。另外需要说明的是，我目前所查阅到的 与“统一理论”有关的理论有近十种，在这些理论中，除了“波”理论外，都有出版的文献， “波”出现在各种专业领域，都是很具体的描述，例如声波、电磁波等，但还没有抽象到“统 一理论”的地步。除了“弦”理论和“气”理论之外，还有一个理论值得一提，那就是已故 药理学家刘绍光发表的“一元数理论初探”。 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 7 （2) 气”理论相关说明 “气与阴阳”理论是中医的基础理论，经过了多年临床实践，至今在中医临床发挥着指 导作用。“气”理论在近代自然学科中没有出现，我想其原因是近代自然科学起源于文艺复 兴时期的欧洲，有学者说“近代自然科学是在反对古希腊文化的激烈斗争中诞生的”，这句 话直观的告诉我们古希腊文化和自然科学有联系，而古希腊文化和中国传统文化在某些方面 有共通之处。第二个原因是近代自然科学产生于哥白尼、伽利略对天体运动的研究，而古老 的中国文化也起源于天文观测。 因此我相信“气”理论在适当的解释后，可以同自然科学 接轨。我将“气”理论与物理学理论对比如下： “气” 对应物理学的最小作用量原理，是最小作用量原理的一个特例，体现了完美的 对称、守恒。例如能量守恒虽然是守恒的一个例子，但不能直观的体现“优美的对称”。 “阴阳动态平衡”对应物理学的守恒定律。 “阴阳的对称性”对应物理学的对称性。 最小作用量原理、对称与守恒之间的关系，简称为诺特定理。最小作用量原理在物理学 的价值不言而喻, 它是物理学的基础性理论，对物理学统一理论的建立有着重要作用。简单 回顾物理学各阶段的统一理论如下： ①牛顿力学的建立（1686 年）统一了地上的运动规律与天上的运动规律。 ②安培和法拉第的工作（1831 年）统一了电学与磁学。 ③麦克斯韦的电磁理论（1873 年）进一步统一了电磁学与光学。 ④爱因斯坦的狭义相对论（1905 年）统一了空间与时间的概念。 ⑤爱因斯坦的广义相对论（1916 年）进一步统一了时空与物质运动。 ⑥统计物理学（1901 年）在宏观物理与微观物理之间架起了桥梁。 ⑦量子力学（1926 年）的建立更统一了物理学与化学，甚至也将部分生物学统一起来。 经过一系列统一理论的建立，使人们认识到，物质世界的一切物理规律归根到底都受到四 种不同的基本作用力的支配。现代物理理论试图在这四种基本作用力之间寻求统一，虽然标 准模型描述了电磁力、强作用力、弱作用力三种基本力及组成所有物质的基本粒子的所有物 理现象，可很好地解释和描述基本粒子的特性及相互间的作用，但相对论描述的引力却无法 统一到 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模型中，而最小作用量原理可以起到沟通的相对论和量子物理学的桥梁。例如“爱 因斯坦得到他的引力场方程后不久，他和希尔伯特就独立地找到它的作用量，用最小作用量 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 8 原理导出了爱因斯坦方程”①。我们现在知道量子力学有三种等价表述：第一种是薛定谔建 立的波动力学；第二种是海森堡建立矩阵力学；第三种是费曼建立的基于最小作用量的量子 力学——路径积分。费曼的这种表述发明的最晚，但表述的最简捷、最容易理解。在今天， 路径积分方法已被证明对于物理学有不可估量的贡献，路径积分已经基本取代了量子力学的 波动表述和矩阵表述，而且这一方法可以应用到物理学的各个领域。路径积分方法展示了如 下突出的几个特点： 第一：相位概念在这里得到了最充分的体现。 第二：由于作用量被直接引入相位之中，从而为量子物理到经典物理的过渡提供了相融性 解释。 第三：最小作用量原理有着不依赖任何特殊坐标系的优点。 关于相位的重要性，本文在后面讨论时间本原、气与五行新解以及组方配伍时都要用到。 “气与阴阳”体现了物理学的最小作用量原理、对称守恒。阴阳与气的关系非常密切，“阴 阳”建立在“气”理论基础之上，但阴阳又不同于气理论，用通俗的语言说，七个音符是音 乐理论的基础，旋律与七个音符密切相关，但旋律又不同于七个音符。另外，仔细分析中医 的“气”理论，有单独“波”的含义，又有波合成的含义。例如用“波”传播解释通常意义 上的“气”，用“波”合成解释圆（太极）、椭圆（“波”合成圆的条件是比较苛刻）。波与圆 的转换，微观上体现了波动性与粒子性，即“波粒二象性”，在宏观上体现了广义相对论描 述的天体运动，在微观上与光本质有关。本文在后面从生物学的 DNA 角度讨论这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 （3）“弦”理论相关说明 弦理论是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电 子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”（包括有端点的“开 弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦）。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦 理论号称是目前最有希望将自然界的基本粒子以及四种相互作用力统一起来的理论。弦理 论是纯粹建立在数学上的，意味着很容易与其它理论融合。 （4）三个理论的联系 中医学的“气”理论与“弦”理论的层面比较接近，其中的很多思想可以互相借鉴。在 ①见张鸿庆编写的《流形上的微积分》第 34 页，爱因斯坦是如何推导的，笔者没有找到。 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 9 描述宏观的时侯，“弦”可以借鉴“气”理论，在描述微观的时侯， “气”可以借鉴“弦” 理论。这三个理论联系如下： 在时空中运动的"波"，在满足波的合成条件时，行波变成了类圆周运动，产生了“气”。 在时空中运动的"气"，在满足气的合成条件时，不断运动的“气”，产生了振动的“弦”， 弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子，例如电子、质子、中子、中微子、和 夸克之类等，这些粒子的振动和运动，在特定的情况下，会产生波。从另一个角度说，波 描述的是“线”（曲线或直线），“气”描述的是“面”（曲面或平面），“弦”描述的是“粒 子”（空间的物体）。“弦”的运动或者振动可产生 “波”或者“气”。本文在“浅说气与阴 阳”一节中， 从“波合成圆”、“面或球的自转”、“球的公转”对这个观点进行讨论。 （5）稳定的相位差 在《自然科学之中医原理》中讨论“气”的时候，提到了”稳定的相位差”重要性。 对相位差深入理解，涉及到瞬时信号的概念。瞬时信号是由 Carson等人于 1937年首次 在电路理论中提出，并将其应用到通信技术中；1946年，Gabor给出了经典解析信号的定义， 为研究瞬时信号提供了理论基础；后来 ville统一了上述研究成果，给出了定义方法。目前 信号瞬时能量的概念己被广泛接受，但是瞬时频率的概念和意义却一直存有争议。瞬时信号 概念的提出到获得广泛应用，其间经历了漫长的发展过程． 在信号处理中，信号的瞬时值用来描述非平稳信号的物理量，以判断信号的局部特征。 因此研究信号的瞬时值有现实意义，瞬时信号在声纳检测、地震检测、雷达监测、桥梁振动 分析、通信工程、语音以及在生物医学等领域有广泛的应用。如大脑中的信号都是时变信号， 这些信号的瞬时参数可供神经心理学家分析大脑正在进行的活动。 由于专业领域对瞬时频率还有争议，下面从量纲的角度对瞬时频率进行讨论，这样虽然 丧失了的严谨性，却适合不同领域的大多数人阅读。 在信号分析领域，最简单的信号就是正弦波，正弦波是频率成分最为单一的一种信号， 因这种信号的波形是数学上的正弦曲线而得名。任何复杂信号——例如音乐信号，都可以看 成由许多频率不同、大小不等的正弦波复合而成。 用数学公式表示正弦波如下： Y = Asin(ωt+φ)= Asin(2πft+φ) ω—角频率，单位时间正弦波相角的变化 φ—初相角，t 为 0 时，正弦波相角的初始值，决定正弦波的初始幅值。 ω = 2πf = 2π / T ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 10 f 为频率， 即单位时间内正弦波重复变化的周期数，单位是周/秒或赫兹（Hz）； T 为周期，单位是秒（s） 一个正弦波只要知道了振幅、角频率和初相角就可以完全确定了，因此这三个参数被称 为正弦波的三要素。 现对瞬时频率的定义用量纲方法证明如下：在上述 Y = Asin(2πft+φ)中，括号中加 法运算表示同量纲，因此 2πft =φ，这样就证明了瞬时频率的积分是相位。 另外，对于平稳信号，在知道周期的情况下，可以计算出相位差对应的时间，其公式为：相 位差对应的时间等于相位差除以 360 乘以周期，也就是将稳定相位差对应的时间，进行累 加就是是周期（或者频率）。 下面是从瞬时频率出发，采用积分方法，给出“年”这个时间单位的算法： 瞬时频率的积分是相位差， 稳定相位差的积分周期或者频率， 频率的单位是赫兹，时间的单位是秒，频率和时间互为倒数， 秒的积分是分钟， 分钟的积分是小时， 小时的积分是日， 日的积分是月， 月的积分是四季， 四季的积分是年。 稳定的相位差是时间的本原，“差”意味着相互作用。从宏观上看，地球上时间的产生， 相关知识说明： 理解锁相环电路中的鉴相器工作原理，有助于理解瞬时频率和相位差的关系。锁相环的工作原理， 表面看是用鉴相器的输出控制 VCO 的频率，但实际是通过瞬时频率的积分达到相位控制，最终使反 馈到鉴相器的瞬时相位与输入的瞬时相位之差趋于零。直接数字频率合成技术(DDS)中也使用了相关 技术，DDS 在任意 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 信号发生器(包括医学教学领域的脉象发生仪)以及跳频设备中有广泛的应用。 由于涉及到较深的专业领域，若需要深入了解，请查阅相关资料。 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 11 是由于太阳光与地球之间的相互作用产生的，即太阳光照射地球，地球自转和公转，通过观 察光线的有无，便有了白天和黑夜的区别，这是时间产生的原始概念。在太阳系中，采用其 它稳定的相位差也可用来计时，如中国的农历就是观察月相的计年法。现代社会采用各种的 计时工具，都是对这些类圆周运动的模拟和计量，即通过有规律的振荡周期来进行计时，如 摆钟(包括机械手表)、各种各样的石英表以及铯原子钟。 随着计时工具广泛应用，人类发现在暗无天日的海底生长的生物，也可用钟表类计时工具 度量，其可以度量的本质原因是，计量时选择所选择的参考波的相位差稳定，而不是最初观 察到的白天与黑夜。 需要特别说明的是，若与计量时所选参考波的相位差为零，意味者时间停止不前。至此 可以完美的解释，爱因斯坦在他十六岁那年的一个悖论“如果以光速追随一条光线运动，会 发生什么情况呢？这条光线就会像一个在空间振荡着而停滞不前的电磁场。” 如果已知道某点与参考波稳定的相位差（或者时间），并且已经知道参考波的所有属性， 那么就可以计算出该点时间。反之，则表现出无法精确的测量，即测不准确原理。这在物理 学上有重要的应用。如对地质年代的测定，有望找到新的方法，提高测量精度。在医学上也 有着众多的应用，例如脉象与人的年龄关系，人体温度昼夜变化曲线等。 昼夜节律与太阳照射地球，地球自转和公转产生昼夜有关，在这个基础上，还有新的变 化，如月球绕地球运动而对生物体和潮水产生月节律现象，月节律对于海水的涨潮以及女性 体内的激素调节具有重要的作用。 昼夜节律、七日节律、月节律、四季纪律、年节律对于研究生物的生理、病理具有重要 意义。这些节律无疑在生物的进化过程中，起者重要作用。图 2-1 的生物进化图，就是根据 时间绘制的。 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 12 图 2-1 生物进化示意图 （6）时间频率标准 下面斜体部分是笔者查找到的，目前关于时间频率标准的描述。 时间频率原始标准应具有恒定不变性，可分为宏观标准和微观标准。 宏观标准：基于天文观测； 微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。 ----------------------------------------- 《科学的回归》 作者：赵建利 13 世界时（UT,Universal Time）:以地球自转周期(1 天)确定的时间，即 1/(24×60×60)=1/86400 为 1 秒。其误 差约为 10^-7 量级。 历书时（ET）：以地球绕太阳公转为标准，即公转周期（1 年）的 31 556 925.9747 分之一为 1 秒。参考点 为 1900 年 1 月 1 日 0 时（国际天文学会定义）。准确度达 1×10^-9 。于 1960 年第 11 届国际计量大会接受 为“秒”的标准。 原子时标的定义：1967 年 10 月，第 13 届国际计量大会正式通过了秒的新定义：“秒是 Cs133 原子基态的 两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续 9,192,631,770 个周期的时间”。1972 年起实行，为全 世界所接受。秒的定义由天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高了 4~5 个量级，达 5×10^-14(相 当于 62 万年±1 秒)，并仍在提高。 在数学上，频率和时间互为倒数，时间与时间和频率共享一个基准。 仔细分析目前的各种时间标准的定义，发现它们都是与“波”相关的圆周运动。这与本文 前面从波的角度对时间进行讨论是吻合的，波与圆的关系见本文附录 《波之道》第四章 波 与圆。这点在讨论“气”、“五行”与组方配伍时还要讨论。 另外，上面关于时间标准的定义，在具体的实现时，虽然采用了不同的技术，例如世界时 和历书时都是天文学，原子时标是电子学，但由于对“时间”的测量结果都一致，仅仅是精 度不一样，因此得到人们的认可。这点我们在下面讨论“气”的时候还要提到。