時間是什麼?
子在川上曰:「逝者如斯夫!不舍晝夜。」兩千五百年前,孔子以奔騰的河水比喻時間的流逝,勸諭學生珍惜光陰,進學不已。
古人常常將河水比喻時間,因為河水不會倒流,時間也一樣。尺之碧玉,難換半寸光陰,足顯時間之寶貴。但古人始終沒有解釋時間的本質,它究竟是什麼?
時間如流水,逝者如斯!
1
時間是過程
時間是宇宙萬物變化的過程,它既獨立於萬物存在,又是世界不可分割的一維:三維的物質,加一維的時間。
宇宙是世界萬物及時空的總稱,它由無數星系、星球、星際間物質與場、以及容納這些物質的空間所組成。同時這些宏觀的物質又都是由原子以及更加微小的微觀粒子所構成。
我們仰望星空,可以看到宇宙中極小的一部分,它是不斷運動和變化著的。與此同時,那些我們看不見的微觀粒子和場也在不斷地運動和變化,所有這些變化的過程就是時間。
宇宙中有不運動且不變化的物質嗎?到目前為止還沒有。
宇宙永恆,並且在不斷變化,這個過程就是時間
從宏觀角度看,地球上一切的物體,包括空氣和水都在不停地運動,動植物在生長,建築和石頭在風化,承載著這一切的地球在自轉並圍繞著太陽運動。太陽與其它恆星一樣在不停燃燒並釋放能量;太陽系在銀河系中飛速運行;銀河系在更大的空間裡運動,數十億年後它將與仙女座星系相撞;數十億光年外的星系正在飛速遠離。它們的相對位置在發生變化。
正在逼近的仙女座
而在微觀世界,組成原子的電子繞原子核飛行;原子會振動、衰變並向外輻射能量;光子、中微子和各種波充斥著空間並以極快的速度穿過;物質間不停地進行著能量的釋放、吸收和交換。
度量這一切變化過程的標量就是時間。時間與宇宙共存,宇宙在,時間就在。
2
時間不會停止
經常有一種說法,稱只要達到光速,時間就停止了,而超過光速就意味著時光倒流可以回到過去。這是對相對論的一種錯誤解讀。
光子通過波來攜帶它誕生時的信息,當沒有外界信息干擾時,光子所攜帶的信息不會發生變化。當10億光年外的一顆超新星爆發,它會向外釋放強烈的光,光子向所有方向輻射開來,它們攜帶著超新星爆發時的信息,在光子向遠方輻射的過程中,信息會保持。如果我們跟隨它一起運動,會感覺時間像停止了一樣,因為信息始終沒有變化。
光波的模擬圖
而如果我們跳出這束光,換一個位置觀察它,光就有了時間,它的位置在不斷地發生變化。如果中途遇到大質量恆星或黑洞的吸引,光線會發生彎曲,經過10億年的長途跋涉它才到達地球。我們在地球看見光,得知那兒有一顆超新星爆炸的信息。
對於光所傳遞的信息來說,時間似乎是停止的,而對於外部觀察者來說,時間並沒有停止。
有人說,如果物質達到了絕對零度,原子裡的一切運動停止,時間就停止了。
科學家們認為,零下273.15攝氏度(-273.15℃)的「絕對零度」是熱力學的絕對溫度,它只是理論的下限值。事實上人們只能將物質的溫度無限逼近絕對零度而不能達到它,科學家通過雷射冷卻和磁阱技術製冷法得到170*10^(-9)開爾文的極低溫度。於此同時,科學研究也證明真正的絕對零度並不存在,在宇宙中能探測到的最低溫度區域是1開爾文,也就是-272.15℃。
即使是在絕對零度,粒子的能量也並不為零,而是具有一個很小的數值。這意味著運動依然存在,時間作為衡量物質運動的標量也依然是存在的。
3
時間的相對性與絕對統一
1905年,愛因斯坦通過他的狹義相對論挑戰了絕對時間的概念,他認為時間是相對的,不同運動速度的物體自身擁有不同的時間標量。通俗地說,如果張三坐在飛船上以1/2光速飛行,張三自己看手錶感覺很正常,沒覺得它走得快了或慢了;但在地球上觀察張三的李四卻發現張三的手錶比地球上慢了許多。
對於藍色時鐘的本地慣性參照系,運動中的紅色時鐘被認為是更慢的
於是就有人設想,如果我們能達到光速,是不是時間就停止了,我們會長生不老呢?
這是個很有意思的問題,遺憾的是相對論也同時預言了具有質量的物體不可能達到光速。在軌道運行的通訊衛星和定位衛星星座確實存在星上原子鐘的時間與地面不同步的情況,它們存在極小的延遲,科學家們需要經常對它們進行校準。
問題是,當處於兩個不同速度參考系中的時間發生不一致時,我們以哪一個的時間為準?是看飛船上的時間還是看地面的時間?博爾特100米衝刺時,我們會以他手錶的時間來判定成績嗎?當然不會,我們會以裁判員的計時為標準。
博爾特更快,但裁判不會以他的手錶來計時
當任何一個孤立事件發生時,我們會從宇宙整體的角度來度量它的時間。
4
時間沒有開始也不會結束
宇宙大爆炸論者認為,當「大爆炸」發生前,整個宇宙空間都只是一個極小且炙熱的「奇點」,在這個奇點之內談論時間是沒有意義的。於是有人將大爆炸發生的一刻定義為時間的開始,他們認為在大爆炸發生前是沒有時間的。
時間真的有一個開始嗎?人都有一個出生的時間,植物多是從種子開始發芽,太陽和地球都有形成的時間,我們的銀河系甚至宇宙會不會也有一個開始的時間?會不會在宇宙產生之前時間也不存在?
宇宙大爆炸發生前真的沒有時間?這或許是你的誤解
對於這個問題,亞里士多德是這樣認為的:如果時間有開始,那麼它必須有一個「第一時刻」來進行開始的計數,而這個「第一時刻」需要在較早的時間段與較晚的時間段進行,既然有比「第一時刻」更早的時間段,那麼「第一時刻」便不再是第一時刻了,肯定有比它更早的時間。同樣的論證也可以用來證明時間不會有結束。
5
客觀時間與主觀時間
有朋友說了,你講的不對吧,時間的概念是人創造的,沒有人,哪裡來的年月日時分秒?沒有人就沒有時間呀!
這裡我們就要談一談客觀時間與主觀時間。
打個比方:如果你是個小伙子,懷裡抱著一個美麗的姑娘,你只有十分鐘時間,隨後她將離你而去,你會覺得時間過得飛快;同樣地,姑娘偎依在她心愛的男人懷裡,她也會覺得這十分鐘眨眼就過去了。但是,如果叫你在一個燒著火的、滾燙的爐子上坐十分鐘,你會感覺時鐘走得很慢很慢,時間過得比一年都長!
良宵苦短,就是主觀時間
時間沒有變,我們的感覺欺騙了我們,它使我們覺得時間快了或者慢了。
人類為了度量時間而發明時鐘,創造了時間的概念,規定了計量時間的方法,但時間並不是人類的發明,它是與宇宙共存的。
在人類出現在地球上之前,地球已經存在了45億年;而在地球與太陽誕生之前,銀河系也存在了很長很長的時間;銀河系只是宇宙中極小的一粟,它也是由宇宙的塵埃聚合而來。時間可以不斷地向前推。同樣地,即使未來某一天人類滅絕了,地球還在;地球、太陽和銀河系沒了,宇宙還在,時間不以人類的意志而改變。
宇宙浩瀚
6
總結:
一、時間的本質是宇宙萬物位置變化及其自身變化的進程,人類定義時間,用各種時鐘運動的刻度來計量它,但無法改變它。
二、時間沒有開始,沒有結束,不會停止,更不會倒流。人類渴望回到過去,看看大唐盛世是什麼樣子,但時間永遠向前,你不可能回到過去。
三、時間有相對性,不同運動速度的物體可能有自己的時間標量,但從整個宇宙的角度看,時間是絕對的,不存在東邊的時間快一些西邊的時間慢一些。
四、時鐘可以停擺,但時間是永恆的。
時鐘可以停擺,但時間永恆
感謝你讀完本文,它是一篇科普文章,不是科幻文章。所以我們不討論時光機器、時間旅行、蟲洞或平行宇宙等話題。如果你有不同的觀點,歡迎你在評論區理性發表意見。