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我们从何而来:时间的秩序和形状

我们从何而来:时间的秩序和形状

作者: 曹梓墨Caozm | 来源:发表于2023-10-30 07:51 被阅读0次

    如果现在载宝会深度思考,估计他会很想知道时间是什么?这个问题其实也一直在困扰我,至少在我小时候周围甚至没有人可以模糊地给时间定个说法,我当时能感知到的是时间是一去不复返的。在两千多年前,《论语》里面记载了孔子对时间的看法:子在川上曰:逝者如斯夫,不舍昼夜。孔子感觉时间会朝一个方向均匀流动。这也是我们大对数人对时间的感知。

    霍金提出过一个“无边界宇宙模型”,霍金认为宇宙大爆炸不需要奇点(奇点理论是弗里德曼提出的,他认为如果把时间往前推,推到150亿年前,所有星系的距离都会变成0,就好像整个宇宙被紧紧挤压成了一个点,这就是奇点),宇宙的起源是像下面的毽子形状——

    霍金说宇宙开始之前只有空间而没有时间——既然没有时间,那就谈不上之前了,这就是宇宙的“无”。宇宙处于一个量子叠加态,它可以有各种各样的可能性,可以用一个波函数描写,然后出于某种原因,宇宙的波函数发生了坍缩,时间开始了。最初是虚的时间,后来变成了真正的时间。我们目前计量的时间就是从宇宙大爆炸的10^(-43)秒开始算起的。

    爱因斯坦的广义相对论里面强调时间和空间是不能分开讨论的,我们说“现在”这个概念其实没有考虑空间因素只考虑了时间因素,在宇宙中没有一个共同的“现在”,“现在”就像是彩虹触碰到森林的交界点,你可以看到它,但是当你走过去的时候,它并不在那里。“现在”只不过是人类根据自己的经验产生的一种模糊的感觉。

    爱因斯坦说宇宙中任何一个点都有自己的时间。用人类发明的最精密的钟表来测量喜马拉雅山脉和印度洋海平面的时间,人们发现时间在海平面上比喜马拉雅山上流速更慢,这个结论目前已经运用到了现实生活中了,GPS卫星的时间流速跟地面的时间流速就是不一样的。

    爱因斯坦提出时间是相对的,没有绝对的时间,它与运动密不可分。要论证这一点首先你要知道的是光速不变定律,光不论在什么地方速度都是一致的。爱因斯坦举了一个例子:假如一对双胞胎兄弟分别坐在两艘宇宙飞船上,一个朝左飞,一个朝右飞,于是在弟弟眼中,哥哥再以飞快的速度远去,但是在哥哥眼中却是弟弟再以飞快的速度远去,这就是双胞胎佯谬试验,在这个思想实验里面爱因斯坦总结出无论是在哥哥眼里还是弟弟眼里,他们的时间真的都比对方过得慢。

    如果你站在地上,然后有一个人以光速离你而去,你们的时间感知是不一样的,他的一秒可能是你的一个小时,所以特别颠覆常理的是只要质量足够大,速度足够快,飞船上的一年可以等于地球上的一百年。

    假设你能看的足够远,你从距离地球四光年的比邻星看向地球上的场景,你能看到的是四年前场景。反过来今天你看到星空是过去的星空,这些星光跨越了遥远的距离,很多现在你能看到的星光,它们本身可以已经消亡了,你看到的是过去的景象。

    爱因斯坦认为时间和空间要合并起来看,所以在理论上可以实现星际穿越。时空可以弯曲,空间受到引力作用会发生褶皱,你想象一张纸上,平整的纸面上放了一颗铁球,铁球会让纸面产生凹凸,空间就弯曲了,在相对论里面质量和能量可以相互转化,这就是E=MC^2。两个地点如果通过时空的扭曲就可以进行穿越的话,那就能实现星际穿越,这就是虫洞说法的由来。

    爱因斯坦的研究告诉我们,我们身处的宇宙,他的时空符合一个方程式,这就是爱因斯坦场方程,公式附在后面:

    前面说了时间在物理学上面来讲或许不存在,霍金用了“无边界宇宙模型”,时间其实在物理学上还有一个反演不变性的特点。如果已经知道行星现在的位置和速度,你就能用方程算出它未来的位置和速度。但是如果你倒着算,也可以算出过去的位置和速度。既然正向和反向都可以,我们怎么界定未来和过去呢?

    在物理学里面只有一个方程不能反演据说热力学第二定律,这个定律的核心就是热能只能从高温传导到低温,反过来就不行。这就是著名“熵增”理论。物理学家由此猜测,时间和热能有关,一些科学家认为时间的流逝和熵的增大很有可能是一回事,是同一件事情的两种不同表现,有一个叫罗韦利的物理学家通过这个推论认为时间不存在。这个观点跟霍金的是吻合的,但是出发点不一样。罗韦利认为时间只是人类的一种模糊感知,他认为热力学第二定律说的熵增现象,从有序到无序只不过是人类选用了特定的变量来观察宇宙。

    量子力学是研究微观宇宙的主流学科,从量子的视角来观察世界,世界不再是由物体构成而是由事件构成。我们所理解的物体不过是量子世界里更长久的事件而已。世界不是物体的墙,而是事件的网,它不能持久,他不断转化。就好像云不是物体而是水蒸气的凝结,它是事件的集合;我们人也是由一个个细胞、原子组成的,人也是事件的集合。所以爱因斯坦才会说:像我这样相信物理的人都知道,过去、现在和未来之间的区别,只不过是持久而固执的幻觉。

    熵增也是一个相对概念,熵增不是世界本身的状态,而是相对于我们的一种状态。在我们看来遥远的过去世界的熵很低,世界处于熵增之中,所以一切从有序走向无序,然后有了过去和未来的概念。这只是一种对世界的特殊的描述方式而已。

    从宏观和微观上来看,万事万物对于时间的感知都不一样。《庄子》里面说“小知不及大知,小年不及大年。”

    我们现在所说的时间都是人为定义的,西方把耶稣出生的那一年定位元年,在这一年之前都叫公元前,之后就是公元后,我们现在所说的比如今天是2023年4月23日,就是公元后,这是西方人的划分法,只不过现在变成国际通用的了。

    包括现在的历法公历也是人为定义的,所以我们知道时间的底层逻辑,我们还要了解时间的划分,因为如果时间不做统一的划分,很多事情沟通起来就会非常费劲。

    我们一天的时间是根据地球自转一圈所需要的时间来界定的,一个月就是以月亮公转地球一周的时间来界定的,一年又是以地球公转太阳一周的时间来界定的,然后一年分为12个月,但其实地球公转太阳一周并不等同于月球公转地球十二周,于是人们为了平衡这种差异,西方采用了闰年的方法,中国人采用闰月的方法。

    我在百科上面找到了时间的这么一个定义:时间 是一个较为抽象的概念,是物质的运动、变化的持续性、顺序性的表现。时间概念包含时刻和时段两个概念。时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数,确定时间,是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。

    我想从一个大尺度上去了解时间,我们才会有紧迫感,对于宇宙来说我们太过于渺小,我们就是庄子说的小虫子,我们可能只有几个小时的生命。

    希望在有限的时间里面多多探索。

    PS:建议参考书籍《时间的形状》、《时间的秩序》、《时间简史》。

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