导读:倒计时下如何求取物体运动的速度?在物理学教科书中,找不到它的答案。问一下AI,也说不清,道不明。那么,就请读者诸君看看我们的原创性成果吧。至于文中的13个公式,偏好理科的高中生应该都是能看懂的。

常识告诉我们,存在两种不同的计时方式:顺计时和倒计时。不过,在绝大多数情形下,人们均采用顺计时方式。只是在极少数情形下,才采用倒计时方式;如人们熟知的运载火箭点火发射前最后10秒钟,一般都会郑重启动倒计时:10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,“点火!”在活动的整个时段都采用倒计时的,则首推篮球比赛项目。整场篮球比赛分四节进行,每节12分钟,都是倒计时。多年前,正是在欣赏美国NBA东西部总决赛时,我想到了一件事:在倒计时下,如何求取篮球在空中飞行时的速度?[1]乍一看去,这是一桩无甚意义的小事。然而,探究之后可知:未必。

设有两位观察者在观看同一场篮球比赛,其中一位采用顺计时,另一位采用倒计时。采用顺计时者测得篮球在t1时刻处于位置r1t2时刻处于位置r2,于是他得到:

篮球的这段飞行时间为

 

                    .                            (1)

 

时间内,篮球的位置变化即位移为

 

                         (2)

 

t1时刻后的时间内,篮球的平均速度为

 

.                               (3)

 

时,上述平均速度的极限,亦即t1时刻篮球的瞬时速度为

 

 

 

.                               (4)

 

上述四个公式无疑都是正确的。

另一位采用倒计时的观察者,则共时测得篮球在位置r1的时刻为,在位置r2的时刻为。如果他照葫芦画瓢,像顺计时观察者那样去求取篮球的速度,他就会写下:

篮球的这段飞行时间为

 

.                           (5)

 

时间内,篮球的位置变化即位移为

 

.                           (6)

 

时刻后的时间内,篮球的平均速度为

 

.                              (7)

 

时,上述平均速度的极限,亦即时刻篮球的瞬时速度为

 

.                              (8)

 

他写下的四个公式对不对呢?我们认为,除了式(6)是正确的外,式(5)、式(7)和式(8)都是错误的。其中,式(5)是错误的源头。

为什么这么说?那是因为,与单调递增的顺计时坐标t正相反,倒计时坐标乃是单调递减的,故必有<<0。而篮球的飞行时间一定是正的,不能是负的。所以就不能如式(5)那样,用来表征,而只能用来表征:

 

.                     (9)

 

从正确的式(9)出发,他就能求得:

时刻后的时间内,篮球的平均速度为

 

.                      (10)

 

时,上述平均速度的极限,亦即时刻篮球的瞬时速度为

 

.                       (11)

 

式(10)和式(11)无疑是正确的。这是因为,尽管两位观察者采用不同的计时方式,但他俩的眼睛是盯着同一个飞行中的篮球,他俩求得的篮球平均速度和瞬时速度,理应完全一样。

然而,求解从式(5)出发得到的式(7)和式(8),这位倒计时观察者将得到如下错误结果:

篮球的平均速度为

 

.                (12)

 

篮球的瞬时速度为

 

.                 (13)

 

同一个的篮球,在两位计时方式不同的观察者眼里,虽然其位置变化一模一样[见公式(2)和(6) ],却居然向相反方向飞行!显然,由式(12)和式(13)所显示的“速度反向”,是诡异悖谬的。

最后,我们用几句份量不轻的话来结束本文:

上述“速度反向”,引发出我们对时间反演物理学中一条既有定论的强烈质疑;这条定论是:时间坐标的反射变换(T变换),将造成运动物体的“速度反向”。经过认真考察,我们已然知晓,上述定论和倒计时下出现的“速度反向”,其错误性质和出错原因完全一样[2]。而至为要命的是,“T变换造成速度反向”,乃是时间反演物理学的重要基石之一。于是乎,在我们眼里,时间反演物理学的煌煌大厦,将倾矣。

2026年2月13日 初稿于北京家中

2026年2月14日 定稿于北京家中

参考文献:

[1]江棋生. 倒计时与T变换.江棋生[ OL]. 序号1526,自然科学—物理学,中国预印本服务系统,国家科技图书文献中心网,2010.09.26.

[2]江棋生. 倒计时:时间反演理论的崩塌[ OL]. 自然科学—物理学,中国预印本

服务系统,国家科技图书文献中心网,2020.06.19.