5-3 短的时间

现在我们要指出，在检验昼夜的重复性这个过程中我们获得了一个重要的副产品，这就是找到了一种比较精确地测量一天的 几分之一 的方法，亦即找到了一种用较小的间隔来计量时间的方法。能不能把这种过程再往前发展，从而学会测量更小的时间间隔呢？

伽利略断定，只要一个摆的摆幅始终很小，那么它将总以相等的时间间隔来回摆动。如果做这样一个实验，对摆在一个“小时”内的摆动次数进行比较，那么这个实验就会表明，情况确实如此。我们用这个方法可划分出一个小时的 几分之一 。假如我们利用一个机械装置计点摆动次数，并且保持摆动进行下去，那么就得到了我们祖父一代所用的那种摆钟。

让我们约定，如果我们的摆一个小时内振动3 600次（并且如果一天有24个这样的小时），那么我们就称每一摆动的时间为1“秒”。这样，就把原来的时间单位分成大约10 ⁵ 个部分。我们可以应用同样的原理把秒分成更加小的间隔。你们可以理解，制造一个能够走得任意快的机械摆是不现实的，但是我们现在能够制造一种称为振荡器的 电学摆 ，这种电学摆能提供周期很短的摆动。在这种电子振荡器中，是电在来回振动，其方式与摆锤的摆动方式相类似。

我们可以制造一系列这种电子振荡器，每一个的周期要比前一个减小10倍。每一个振荡器可用前一个较慢的振荡器这样来“定标”，即数出较慢的振荡器振动一次时它所振动的次数。当我们的钟的振动周期小于1 s的几分之一时，如果没有某种辅助装置以扩展我们的观察能力，那就无从计点振动的次数。这种装置之一是电子示波器，它的作用就像一种观察一短段时间用的“显微镜”。这个装置在荧光屏上画出一幅电流（或电压）对时间的图像。将示波器依次与我们的系列中相继的两个振荡器相连，它就先显示出一个振荡器中的电流图像，然后显示出另一个振荡器中的电流图像，从而得到如图5-2所示的两幅图像。这样，我们就很容易测出较快的振荡器在较慢的振荡器的一个周期中振动的次数。

利用现代电子技术，已经制造出周期短到大约10 ^－12 s的振荡器，并且可以按照前面描述的那种比较方法用我们的标准时间单位——秒来予以定标。近年来，随着“激光器”或光放大器的发明和完善，已能制造周期甚至比10 ^－12 s更短的振荡器了，但是还不能用上述那些方法来予以定标，虽然毫无疑问，这不久一定能够做到。

比10 ^－12 s还短的时间已经测量出来，但用的是另一种测量技术。事实上，这里所用的是“时间”的另一种 定义 。一个方法是观察发生在运动物体上的两个事件之间的 距离 。例如，假定有一辆行驶的汽车把它的车灯先开亮，然后再关掉。如果我们知道车灯开、关的 地点 以及车速，那么我们就能求出灯开着的时间有多长。这段时间就是灯开着时所通过的距离除以汽车的车速。

近几年来，正是这种技术被用来测量π ⁰ 介子的寿命。π ⁰ 介子在感光乳剂中产生并在其中留下微细的踪迹，用显微镜观察这些踪迹时，我们就可看到，平均而言一个π ⁰ 介子（认为它以接近光速的某个速度运动）在蜕变之前大约走过了10 ^－7 m的距离，所以它的寿命总共只有大约10 ^－16 s。但是必须着重指出，这里我们用了一个与之前稍有不同的“时间”定义。然而，只要在我们的理解方面不出现任何不协调的地方，那么我们就觉得有充分的信心认为这些定义是足够等效的。

在把我们的技术——而且如有必要也把我们的定义——进一步加以扩展之后，就能推断更快的物理事件的持续时间，我们就可以谈论原子核振动的周期，以及第2章中提到过的那些新发现的奇异共振态（粒子）的寿命。它们的全部寿命只不过占10 ^－24 s的时间，大致相当于光（它以我们已知的最快速度运动）通过氢原子核（这个已知的最小物体）所花的时间。

那么，再短的时间呢？是不是还存在尺度更小的“时间”？如果我们不能够测量——或者甚至不能合理地去设想——某些发生在更短时间内的事件，那么要谈论更短的时间是否还有任何意义？可能没有意义。这是一些尚未解决的、但你们会提出的、而且也许在今后20或30年内才能回答的问题。 JaHBAFCQTBlF8r1jPCt373KZpnz2Tx64gaX7l/4VlsdSunEYLXMzLmsH4VWxwx2H