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    时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

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    • Lv.0量子泡沫

      著者:黄媂

      一个非常深刻而又显得非常简单的问题,问题的题目叫做——时间是什么?

      这是一个很简单的问题,当你问起身边的人时,也许他会告诉你,哥们你不会发烧了吧,这都不知道吗?

      回答这个问题似乎很简单,你只需要抬眼看看你的手表,手环,手机就知道现在的时间了,即便你把这个问题抛给一个小朋友,他都会翻开他的现代汉语词典告诉你所谓的时间,它的定义就是时钟上或者日历上或者等其他计时工具上的具体的时、分、秒、天、年或者准确的时刻和日期,可是当我们说到时间的时候,我们所定义的时间是由太阳、地球、月亮它们的运动来标记的,如果这三个天体不存在的话,那么时间是否存在呢?我们现在所定义的所谓的时间,与其说是时间还不如说是三个天体有规律循环运动的记录,那么问题来了到底什么才是时间呢?

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      时间,是一个很基本但是却更难定义的概念

      历史上许多人对时间进行过研究,今天主要讨论3个对时间有过研究的大咖:

      • 第1个:圣奥古斯丁

      公元四世纪古罗马帝国的神学家、哲学家圣奥古斯丁,他曾经说过一句非常赖皮的话,他说:“时间是什么,你们不问我,我很清楚,一旦有人问我,我便非常的茫然了。”奥古斯丁的意思是时间这种东西是只可意会不可言传的。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题
      • 第二个:牛顿

      第1个从科学的角度给时间予以规范回答的是牛顿,在牛顿的经典时空观中,时间上是一个各处相等流速均匀的物理量,存在着绝对的时间,那就是想象着有一个绝对的标准钟,牛顿说绝对真实且精确的时间,就其本身和其本质来看,它会稳定的流动与任何外物都是没有关系的,牛顿认为时间是一种绝对的存在,就好像在宇宙的某一个角落,一定会存在着某一个时钟,这个时钟的滴滴嗒嗒与日月、星辰、行星、人类都是无关的,不受人类的感知所支配,是一种独立的存在,即使宇宙中其他的所有事物都消失了,时间也还是存在的,这个就叫做——牛顿的绝对时空观。

      牛顿的绝对时空观大概统治了人类时间观念200多年,但他的时间观你会带来一些问题,比如绝对的时空观告诉我们时间在稳定的流动,一般我们说某个东西在流动,表示这个东西在相对另一个东西流动,比如我们说河水在流动是相对于河岸流动的,并且我们可以用每秒几米的速率来描述这种流动,那么时间流动的参照物又是什么呢?时间流动的速率又是多少呢?如果我说时间的流动速率是每秒1秒的话,那么你一定认为我说了一句废话,然而如果时间的推移是可以测量的话,它的流动速率又该是多少呢?需要用一种更深刻的超越时间的理论来加以解释吧,可是什么又是超越时间的事物呢?

      绝对的时间观念会使人陷入一种无法摆脱的恶性循环中,比如我们要解释时间和它的流动就需要用一个超时间的东西来加以衡量,但这个超时间的东西本身也在流失,就更需要一个超超时间的东西来加以衡量,如此往复是无穷的,所以牛顿的时间观也遭到了许多学者的反对,其中就包括他的死对头之一——莱布尼茨。

      同时代的德国数学家和哲学家莱布尼茨,莱布尼茨就认为脱离了物质去讨论时间和空间都是没有意义的,但是阿莱布尼茨和牛顿关于时间的讨论,大多数都是在神学方面的,牛顿认为上帝在某一时间点创造了宇宙,而莱布尼茨则反驳,既然上帝在创造宇宙前时间就在流动,那么为什么不在另外的时间创造宇宙呢?为什么不提前5分钟或者推后5分钟呢?牛顿对这个问题显然是没法回答的,两个人在时间方面的讨论大多数是在神学方面的,所以更多有价值的结论一直也没有出来,莱布尼茨也没有制定出一套系统来支持他的学说,他们所处的时代还不允许。这个问题一直到另一个物理学的大咖出现才有所解决,他叫做——爱因斯坦。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题
      • 第三个:爱因斯坦

      在爱因斯坦的理论中,由绝对时间通向相对时间的关键所在就是光速不变,相对论的一个重要假设,就是在所有的观测者面前光速都是不变的,在这个前提下一些奇怪而又正确的结论会相继出现,比如在静止不动的人看来,那些正在运动的人他们的时间流动变慢了,这个叫做——时间的膨胀效应。还比如在某人看来同时发生的事情,可能在另外一个人看来未必是同时发生的,这个就叫做——同时性的相对性。

      由于光速不变,时间就不一定是绝对的了,因为想要用一个时钟去测量另外一个物体经历的时间,已经不可能是准确的了,比如说当某一个人乘坐飞船以99.9999%倍的光速,从地球飞向离我们最近的恒星(比邻星),等到它到达目的地的时候地球上已经是4年以后了,而坐在飞船上的同志们大概也就过去了5个小时而已,因此如牛顿所说的稳定流动的与任何外物无关的时间,其实是不可能存在的,时间本身它是一个和运动相关联的物理量,可以举一个不恰当的例子来描述牛顿和爱因斯坦时间观念的不同。

      牛顿的时间观就好比我们电脑中固定的桌面背景,图标可以在背景上移动,而在爱因斯坦的时间观中没有静态的桌面背景,背景和图标一起在运动。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      三位大咖对于时间概念的总结

      • 奥古斯丁——根本不知道时间是什么。

      • 牛顿——时间是绝对的。

      • 爱因斯坦——时间是与运动和引力相关的。

      爱因斯坦的狭义相对论推翻了牛顿绝对时间的观念

      前面说的是爱因斯坦的狭义相对论推翻了牛顿绝对时间的观念,并且得到了许多实验的验证,关于时间相对性的讨论还并没有结束,爱因斯坦在发表狭义相对论,10年后又发表了广义相对论,在广义相对论中时间会因为引力的不同而不同,巨大的引力会带来时空的弯曲,观测者所感受到的时间变化也是不会相同的,那些引力场强的地方,时间的流动速率就会变慢,一个人站在地面上,他的脚步时间流逝就会比头部的时间流逝要慢那么一点,因为大质量天体的距离不同,时空的扭曲程度也是不同的,由于地球的引力还不足够大,这种效应不会特别的明显,可如果是要在黑洞附近的话,情况就不一样了。

      举例说明1:

      一部著名的科幻电影《星际穿越中》,主人公库伯和布兰德在一个接近黑洞的星球上滞留了几分钟后才返回了远处的飞船,踏上飞船后他发现他们的同伴竟然老了20多岁。

      举例说明2:

      如果是在时空更加扭曲的黑洞附近,情况就会更加夸张,一个戴着手表的宇航员掉进了黑洞中,远方的观测者就会看到他的手表变得越来越,几乎就要停止走动了,在他将要达到黑洞的事件视界时,就会看到他的手表完全静止了,最后他会永远地停留在事件视界上,并且冻结在时间之中,这是远处人看到的场景。

      而航天员他本身不会感觉到有什么不同,表还是那个表,走的还是一样快,只是当他回头看向地球的时候,会发现外面的世界就像电影放快进一样快速的变化着,这不是因为外面的世界很精彩,而是因为时间在黑洞的附近极度扭曲,外面的世界流动速度加快了。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      时间也许不存在

      相对论在书本上是这样介绍的,时间和空间是一样的是一个维度,是四维时空中的一个维度,书本上是这么来说的,我们那当然也可以这样转述,不过这种说法似乎也难以令人满意,时间和空间好像还是有所区别,我们能够感受到时间的流逝,但是对于空间却没有类似的感觉,我们能够在空间中前前后后左左右右上上下下来回移动,可是我们在时间中就一直向前推进谁也无法颠倒,在牛顿三大定律和相对论那冰冷冷的公式中,如果我们把过去和未来颠倒过来公式依然是成立的,可是我们却能够清楚的分辨过去和未来的区别。

      如果时间也许不存在,这句话能够说得通吗?

      事实上,时间本身到底是不是一种幻觉,时间到底是否真的存在是目前理论物理学最热门的议题之一,比如在2008年一个独立的非营利科研组织基本问题研究所,发起了一次关于时间本质的论文比赛,吸引了当年一大批物理学界的大咖参与,比如:

      • 一等奖的获奖文章题目《时间的本质》,这篇文章的主要观点就是时间在物理学中作为一个基本的概念其实是多余的,时间可以从一个不包含时间的规则中产生。

      • 二等奖获奖论文题目《假设时间真的存在,时间在量子引力中存在吗》。

      • 三等奖获奖论文题目叫做《忘掉时间》。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      可以说在这次的论文比赛中,许多参赛的物理学家都坚信一个观点那就是时间其实是不存在的,时间到底存在与否呢?还是有争论的,我们可以从一个普通科学爱好者的角度来思考,想要把这个问题理解的清楚,就要从我们认识世界的方式谈起,我们有眼睛可以去看,发现花是红的,草是绿的,天是蓝的,于是我们的头脑一加工形成了颜色的概念,我们可以用皮肤去感受外界的变化,发现冰块是冷的,开水是烫的,穿的貂皮大衣会觉得冒汗,于是头脑一加工形成了温度的概念,同理,我们用耳朵去感受空气的纵波,听见鸟儿的歌唱,于是我们的头脑一加工便形成了声音的概念。

      通过各种研究发现颜色这种存在于我们大脑中的概念,其实并不存在,它只是物体发射不同波长的电磁波刺激我们眼睛的结果,我们还发现温度这种东西也不是客观地存在,它只是无规则分子运动猛烈撞击我们皮肤的结果,我们又发现声音也不是客观存在的,它是空气中的纵波带动我们耳膜的结果。

      通过以上所举的例子,可以得出这样的看法,那就是我们所处的物质世界的某些现象给了我们某些感觉,当我们的大脑对这些感觉加以分析时便会形成一些概念,这些概念有时候只在我们的大脑中才有意义,因为如果所有能够思考的生命都不存在了,那么颜色、温度、声音这些在大脑中形成的概念就一定不会存在了。时间的概念形成也是一样的,当我们用大脑思考时总会觉得现在的每一个当下在下一瞬间就会变成过去,总会觉得有些事情发生在前,有些事情发生在后,总会觉得即使什么都不做,外面的世界也在变化着,于是我们的大脑一分析便产生了时间的概念。

      如果上述所说的看颜色、温度、声音不是一种客观的存在,因为脱离了感受它们的生命后,这些事物就不存在了,那么是否可以同理说时间的概念也是在我们的脑海中出现的,它也有可能仅仅是人脑出现的一种概念,而不是具体的实在呢?从这个角度来分析提出时间不存在其实并不是随口说说的,而是因为认真地思考了周围的事件,近几十年来一些理论物理学家开始思考一个问题,那就是现代物理学的两个大厦量子物理和相对论,有没有一套理论能够统一它们呢?

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      量子物理和相对论有没有可能合并成一个理论

      科学家提出了一些超前的理论,比如说超弦理论、因果三角剖分理论、非几何交换学,量子引力学等等,这其中量子引力学是出现于上个世纪五六十年代的,当时的科学家改写了爱因斯坦的引力方程,使它在形式上与电磁学的方程是相同的,的想法是这样的,既然有一种技巧能够把电磁学量子化,那么同样的技巧也能够应用到引力上。60年代末当物理学家开始尝试这种方式时,就得到了一个非常奇怪的结果,那就是他们推出来的方程完全没有时间变量,代表时间的变量t就这样无缘无故平白地消失了,这个结果一定令人惊愕不已,时间消失了。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

      黄媂结语·时间消失了也许并没有什么大不了的

      本质上我们所使用的时间之所以能够描述改变,是因为我们把时间与太阳,地球和月亮的运动关联了起来,当我们描述某个小行星的速度是每天行进20万公里时,是将这个运动与地球的自转相关联的,实际上如果不用地球的自转来描述,我们也可以用人造卫星的位置改变来描述这颗小行星的位置变化,比如它的运动速度是每卫星旋转一周它便行进50万公里,说到这里我们就感觉时间在描述运动时所起的作用好比就是一个中间量,就好像我们现在钞票所起的作用那样。

      我们描述一杯咖啡能够换三个苹果,描述一个苹果能够换两块糖,描述一百块糖能够换一双鞋,这是使用一种商品来描述另一种商品的价值的方法,可是这种方法的确不好用,我们需要用一个统一的变量来描述每一种商品的价格,于是我们就创造了一个好东西——钱。一杯咖啡18元,一个苹果6块钱,一块糖3块,一双鞋300块,所有的商品都用它来描述自身的价值。

      时间也是这样,如果总共有N个物体在运动,使用其中的一个就能够描述另一个物体的运动,可是这样很麻烦,需要建立大量的运动相关联,于是我们创造出来了时间的概念,使得每一个运动都与时间相关联,这样就能够简洁地把宇宙的运行规律总结成含有时间的各项物理学定律。

      同时我们要知道钱本身是不存在的,钱是由人们创造出来的,它本身没有价值却可以用来描述每件商品的价值。时间也是人们创造出来的,它本身没有物理意义,一样可以描述物体的运动,一样可以用于物理公式之中,所以说也许时间可能根本就不存在,它是我们大脑中的一个概念,可是这个世界就看上去好像有时间一样,这就是目前许多科学家对时间本质的回答,听起来感觉很惊奇,可是如果仔细想一想也未必完全没有道理,如果我们把宇宙想象成为一个整体,那么时间就是不存在的,如果我们把宇宙分成若干个部分,考虑两个部分相关联的时候,时间才会存在,所以我们理解时间的时候,也正是由于我们自己游离于其他事物之外而衍生出来的感觉,时间有可能就是不存在的。

      其实我们换一种角度来思考这个宇宙的话,也许会得到一个完全不同的结论,这个结论也可能会显得非常的疯狂,可是当我们真的坐下来冷静地思考这个结论的时候,会发现它也许会是有道理的。

      时间是什么?一个非常深刻而又显得非常简单的问题

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    • Lv.9紫外波长
      牛顿
      不过一直很奇怪,第一个制作表的人是怎么知道是几时几分几秒的 [s-46]
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