andrew_liu2020-07-25 08:41:30

教孩子认钟表,孩子反问:“时间是什么?”

 

我竟然无言以对。

 

成年人已经习惯了感受岁月的流逝,但时间又偏偏不在我们的五感(触觉、味觉、嗅觉、视觉、听觉)之内。无法看见,也不可能被触摸。我们也没法像观察运动的物体一样通过位置的变化来领会“动”的概念。现代物理学证明即使是我们看得见摸不到的光都是由“光子”构成,但是时间却没有它的物质属性。

 

虽然时间概念已经渗透到了我们大脑进行的每一件事情当中。但是时间和事件不同,我们并不像感知周围发生的事件一样感知时间。我们是通过事件的发生来体验包括过去与现在、先后顺序等等时间流逝的。

 

时间是什么?难道仅仅是人类创造出来的概念,如数学上的加减乘除一样,在自然界中完全是不存在的?

 

生活中,身边太多的事物,我们从来没有留心过它们是不是存在?为什么会存在?

 

虽然时间感是我们行为和感知世界的基础,但是它并不是我们人类与生俱来,被写进DNA的信息。

 

时间究竟是什么?

 

它始于何处,又流向何方?

 

过去和现在意味着什么?

 

我们如何记录时间?

 

时间与我们人类是什么关系?

 

时间是否是宇宙的基本组成部分?

 

亚里士多德他认为“时间是关于先后的可计算的运动量度”,将时间作为事件的固定序列。

 

牛顿在《原理》中提到:“绝对的、真实的和数学的时间,由其特征决定,自身均匀得流逝。”

 

爱因斯坦在相对论中重新定义了时间。在牛顿看来,速度=距离/时间, 距离与时间都是固定的常量。在广义相对论中,光速成为这个宇宙中的终极速度极限。速度反而成为了固定值。这样而言,时间的流逝反而根据速度的不同而发生变化。时间与空间紧密结合形成四维,单独讨论时间与空间都是不科学的。

 

俄国物理学家弗里德曼提出大爆炸理论,认为宇宙是从一种无法描述的致密状态中,以某种大爆炸的方式诞生的。在大爆炸之前,什么都不存在,什么都没有,没有空间,没有物质,同样,时间也不存在。

 

也就是说,宇宙有了一个开始,或许我们可以说,时间本身也在这里有了一个开端。

 

时间会终结吗?

 

来自爱因斯坦广义相对论有关的时间终结问题。这个引力理论意味着,当一颗恒星坍缩成黑洞时,其中的物质会被压碎成一个密度无限的奇点,在这里,所有的量都变得没有意义,时间结束。

 

霍金在他的著作中对时间进行了三个方面的阐述:第一个是人类的“心理上的时间”,来自于从小的训练和周围的社会影响;一个是“热力学上的时间”,代表着“熵”增加的方向(又是一个人为定义的事物);最后一个时间是我们的宇宙膨胀的方向。

 

但是,广义相对论或许不是一个完美精确的理论,物理学家怀疑它提到的奇点会受到量子力学的影响。

 

2000年以后,量子物理领域提出新的理论。时间是两个物理系统发生纠缠时一定会向平衡点靠近的趋势,这个趋势就是时间流动的方向。这样一下子,空间与时间将不再是宇宙的基本性质。

 

《费曼物理学讲义》中费曼给出了一个相对通俗的解释:

 

重要的不在于我们如何来定义时间,而在于我们如何来测量它。测量时间的一种方法是利用某种能周期性发生的事情。例如,一个昼夜。昼夜似乎是一再重复出现的。然而你思索一下,也许就会问:“昼夜是否是真正周期性重复的?每一天是否都同样长?”

 

我们有没有什么方法来检验日子长短是否相同?一个办法是把它同某种别的周期性现象作比较,我们可以用一个沙漏来作这种比较。如果我们让某个人日夜站在它的旁边,每当最后一粒沙掉下来之后,他就把沙漏倒转过来,这样,我们用沙漏就能“创造”一个周期性事件。于是,我们就能计算从一天到下一天的“时间”(即倒转沙漏的次数)。然后我们就会发现,每一天的小时数都是相同的。

 

现在我们比较有把握认为“小时”和“昼夜”具有一种规则的周期性。或许有人会问:是否会有某个万能者在夜间使沙漏的流动变慢,而在白天又把它加快?我们的实验无法对这类问题做出回答,我们所能说的,只是发现一种事物的规则性与另一种事物的规则性相吻合而已。我们只能说把时间的定义建立在某种明显是周期性事件的重复性上。

 

但我们怎么知道沙漏每漏完一次用的时间一样长?你或许会说沙漏每漏完一次你的石英表都走了相同的时间,但我们怎么知道石英晶体振荡器的每次振荡用去了相同时间?……这样问下去是无法找到一个终极的答案的。如何终结这种问答?我们可以这样想,因为石英晶体振荡器每振荡一次,光都走了相同距离,所以我们有理由相信石英振荡器的每次振荡用去了相同时间。这样时间就和光速等物理量建立起“和谐”的联系。 

那么,让我们回到问题的初始:时间是否存在?

 

实际上,对于不是实物的东西,是不能讨论其存在性的,我们可以说空气、椅子存在(它们都是实物)。但时间只是我们测出的一个物理量,就像温度,位移那样的物理量。谈论其存在性大概没有什么意义。

 

在物理学中概念必须基于它的测量才有意义」。---- 爱因斯坦

 

牛顿(以及很多人)凭感觉认为时间是均匀流逝的,但爱因斯坦推翻了这一看法,他在关于狭义相对论的那篇论文中,首先就定义了一种测量时间的方法,使得他关于时间延缓的论证令人信服。事实上,狭义相对论讨论问题的方式的就是“测量”的问题。

 

测量使时间和其它物理量建立起联系,才有了牛顿三定律,有了后来的现代物理。物理学是建立在测量的基础上的。




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