導讀:什麼是時間?時間存在嗎?時間的本質是什麼?你一定問過自己。在《狹義相對論》裡,愛因斯坦在“經典力學中的空間和時間”一節中,對時間作出了這樣的描述:
我們必須補充一個關於時間的定義,藉助這個定義,時間值在本質上可以看做是可觀測的量,既測量的結果。
意思不言而喻:在牛頓體系中,時間僅僅只是一個“值”,一個對“運動”進行測量之後,所得出的關鍵值。
注意:本文所指的“運動”不能狹隘地理解成物體的位移,也包括物體狀態的變化,例如能量轉化、熱能輻射、原子衰變等等。
同樣在《狹義相對論》裡,愛因斯坦又在“相對性的同時性”一節中,對時間作了如下描述:
相對於路基同時發生的事件,相對於火車並不同時,反之亦然。每一個參考系都有自己的特殊時間,除非我們能夠明確表述關於時間的相對參考系,否則這一事件對時間的陳述就沒有任何意義。
可見無論曾經的牛頓體系,亦或是今天的相對論體系,均認為時間本質上只是“記錄物體運動過程的一種可量化的軌跡”而已;而“時間”或者“time”這類詞語,則是用來稱呼這一軌跡的專用詞彙。
本章將帶你思考時間本質,時間的客觀性。以下內容摘錄自靈遁者先生書籍《變化》。
任何脫離時空,脫離運動的時間描述都是片面的。了解時間的本質,就要了解時空。這一方面理論,我們要感謝愛氏的相對論。
我們從正反兩個面來論述,假設時間不存在,你如何證明它不存在?顯然這是不可能證明的。有聰明的小夥會揪住我說的這句話說:“你要我證明一個不存在的東西,我當然不可能證明!它不能證明,就說明它不存在。”
早100多年前,以太理論很流行,電磁波被認為是虛無縹緲的東西。現在呢?以太理論徹底被否定,反而以太理論是光速恆定的佐證。電磁波我們雖然看不見,但它是存在的。後來還證實了光也是一種電磁波,我們看到了!
不存在的東西就證明它不存在,存在的東西就證明它存在,這是我們人類的責任。就像引力波,等了那麼久,我們終於證實它是存在的。你不理解的東西,不一定不存在! 時間就是這樣的東西,雖然它很抽象,但還可以想象。
那麼我們從正面如何證實時間是存在的,且時間是時空不可分的東西。這裡引用一個已知的事實,關於GPS時間與地球上時間的不同。
“這就是愛氏的相對時空理論,他不僅僅將物質和空間看做一體,把時間也納入到這一體系中。GPS衛星以每小時14000千米的速度繞地球飛行。根據狹義相對論,當物體運動時,時間會變慢,運動速度越快,時間就越慢。因此在地球上看GPS衛星,它們攜帶的時鐘要走得比較慢,用狹義相對論的公式可以計算出,每天慢大約7微秒。
GPS衛星位於距離地面大約2萬千米的太空中。根據廣義相對論,物質品質的存在會造成時空的彎曲,品質越大,距離越近,就彎曲得越厲害,時間則會越慢。受地球品質的影響,在地球表面的時空要比GPS衛星所在的時空更加彎曲,這樣,從地球上看,GPS衛星上的時鐘就要走得比較快,用廣義相對論的公式可以計算出,每天快大約45微秒。
在同時考慮了狹義相對論和廣義相對論後,GPS衛星時鐘每天還要快上大約38微秒。”
由此愛氏理論我們可以知道:時間流逝的速度取決於物體在宇宙中的位置以及運動速度。
對於時間的一般定義是這樣的:物質存在的一種客觀形式,由過去、現在、將來構成的連綿不斷的系統;是物質的運動變化的持續性和連續性的表現。
這樣的的定義並沒有錯,但對於專業研究物理和天文的人來說,還不夠究竟,不夠本質。
所以時間的定義應該修正為:時間是物質在引力場中的位置以及運動速度的應變度量過程;它是物質存在的客觀形式。
進一步的闡述說明是時間的這種“應變度量過程”就是物質的運動變化的持續性和連續性的表現。在這裡要說明“應變”這個詞,指的是時間受“引力場位置”和“運動速度”影響而作出的反應。
這種“應變”是不以人的意志為轉移的,它是客觀的。可是為什麼連有些科學家都不願意相信時間是存在的。就在它的抽象性和意識干擾性。
網上還有很多標題為“相對論證明時間不存在”的文章。拿出愛因斯坦的話:“現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。時間倒流或回到過去,其實是建立在一個不存在的邏輯基礎上的。”
相對論本身就是時空理論,怎麼可能沒有時間在裡面,所以這是無稽之談的文章。至於如何理解愛氏所說的話:“現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。”
這是從意識層面來說的,愛氏的本意應該是要強調時間是沒有方向的!所以現在,過去,未來才是人的創造,是為了描述生活而創造的詞。 也就是說時間一直向前的這個方向,其實是不存在。這個方向是人為賦予的。
從這點來說,時間是個標量的認定是對的。只有大小,沒有方向。可以為什麼時間是向前的?為什麼時間是不會停止的?
時間不會停止的原因是時空。時空存在,時間就存在!別忘了時間是組成時空的一個維度! 更別忘了能量守恆定律!這些都指明了時間是一個永恆的存在!這裡可能有的人會反駁說在黑洞附近,大品質會使得時間變慢甚至停止。但時間停止不是時間不存在!這是兩個概念。
就好比說光子是物質,但光子沒有靜止品質。但我們不能說光子沒有靜止品質,它就不是物質!
現在來回到時間為什麼總是向前的?“前”才是個經驗性的字!哪裡是前,哪裡是後。都要有參考。你看著的方向是前,你後腦勺的方向是後,這是我們的經驗。上面的關於時間的定義,已經說明了,時間是一種的“應變度量過程。” 一個事件從開始到結束,成為過去時。這時我們說現在是新的開始。時間是前進的! 這其實是經驗性的。
一個人賽跑,剛跑完100米,他剛才跑完的100米,成為過去。可是他現在還在跑第二個專案,他的運動過程沒有停止。直到他又開始第三項賽跑時候,我們說他前兩個專案成為過去時。你會發現一件事情的開始和結束都是人為的。 但這種“人為”的時間觀念是正確的,卻不是真理的!真理上的時間的箭頭是沒有的。我們不能將一個個事件“應變度量過程”人為的區別方向!是沒有未來這個方向的,但未來是存在的!
我不知道我這樣來說,大家能否理解。再舉一個例子,有一個電影叫《返老還童》,拍的非常不錯。關於的時間的探索和疑問在電影中其實發揮到淋漓盡致了。
我們是從小到老,可電影中的主人公是從老到小。 那麼我們說希望慢慢長大,就是期待未來。可是電影中的主人公期待慢慢變小,也是期待未來。所以從小到老是時間是一直向前?還是從老到小時間是一直向前?
所以說一塊石頭不會有時間的前後感知,人會有! 把人的思想從人的腦海中拿出去確實很困難,但只有這樣,你才能客觀認識時間是什麼。 也就是說你要大膽的突破想象,想象不是你的思想在影響你的認知!是你的思想在反應世界的現象和行為!如果你以為寫到這裡就該寫結尾了,那就錯了。因為真正關於時間的本質描述才剛剛開始。關於對時間的本質認識,我也非常贊同人們要“珍惜現在”,也鼓勵珍惜當下的時間程序,因為你就在其中。
再來讀一遍我對於時間的定義:時間是能量物質在引力場中的位置以及運動速度的應變度量過程;它是物質存在的客觀形式。兩個關鍵詞:位置,運動速度。
時空是彎曲的,時空也是引力的本源。【引力不是時空彎曲產生的。這是我前面很多章節強調的,可以參考“引力的本源”文章。】
能量的分佈,物質的分佈不均,使得引力場強弱有差異。時間在不同的引力場中是不同的。地球和月球上時間不同,地球和太陽上時間不同。甚至地球上不同位置時間也不同。我住在一樓,你住在33樓,我們的時間不同。這不是荒謬,是事實。只是這種區別太過於微小,我們根本無法察覺。上面關於GPS的校準案例,其實就是答案!
所以你腦海中要有這樣的一副圖畫,那就是時間是彎曲的!這種彎曲是由於時空彎曲,引力場不均導致的。形象的舉例來說,時間的彎曲圖畫,就像一副丘陵高山的等高線圖。如下圖
所以這更加印證了時間是沒有方向的。物體處於等高線不同的位置,時間流逝是不同的。從這張圖我們也可以得出其實時間與時間是沒有明顯的間隔點,沒有明顯的間隙!更沒有明顯的界限!這意味著時間量子化是一個值得高度懷疑的課題,不應該是研究的主要方向! 引力量子化比時間量子化可靠的多。
在這裡還可以回答一個被多次提問的問題:時間有起點嗎?
我的答案是沒有起點。所以大爆炸理論是時間的起點一說不可靠。能量,時空只要存在,時間就存在。霍金說奇點之前談論時間沒有意義。就算有奇點,起點之前時間是存在的。談論時間只是沒有生活意義,不代表沒有物理意義。生命沒有出現之前就沒有“生活”! 生活意義和物理意義是不同的!
再來分析第二個關鍵詞:運動速度。
顯然相對論效應,物體的運動越快,時間越慢,已經被證實。而且我說過光速就是一種束縛態。任何物體要達到光速所要克服這種束縛是不可能的。因為它要對抗整個時空!
這就是運動速度的極限為什麼是光速,當物體達到近光速極限,時間越來越慢,也將達到時間這一維度的極限。而且大家別忘了,物體接近光速的時候它的品質也是增加的。這時候它周圍的時間等高線圖肯定是有變化的,所以時間是不同的!
而且運動的物體品質的增大,這種增大的品質是時空的賦予!還有一個相對論效應是尺縮效應,該效應指出高速運動的物體尺度變短。這種“尺縮”也是一種時空賦予。
也就是說品質增加,尺縮,都是時空使然。品質增大,尺縮都是現實效應,但它的本質是時空彎曲。就好像一根100米的長條,高速運動,它變短了,不是真的變短了。而且空間彎曲,使得測量的物體也“彎曲”,這時候觀察到的長條自然短了。所以說尺縮是時空的賦予,品質增大也是時空的賦予。
讀到這裡大家應該明白了,為什麼說要了解時間的本質,需要先了解時空。很多科學家也不會把時間和慣性聯絡起來,但我會這麼思考。引力的本源是時空,慣性的本源是引力。引力場又會對時間產生影響。同樣引力場也會對慣性產生影響。也就說上面圖中的時間等高線,也可以用來形容“慣性等高線。”
在我的書中,關於慣性的定義是這樣的:在引力場中,物體保持原來運動的狀態的性質叫慣性。
大家仔細和上面時間的定義一起來看看。你會發現其中的玄妙之處。你也會發現修改現在的慣性是多麼重要。慣性是保持原來運動狀態的性質。而時間是度量運動的物體在引力場中的應變行為或過程。
這樣的文字描述,無疑將時間,慣性,引力,引力場統一起來,他們之間的相互是和諧的,不是分斥的。
如果大家還夠細心的話,會發現基礎物理的量:品質,時間,慣性,引力場等都是標量,只有大小,沒有方向!這是時空使然,這是有深意的。如果你以為關於時間的推理到此結束,那麼你又錯了。我們還有更多關於時間的認識需要深入。通過上面所有的論述,我們應該知道了時間是普遍存在的,但不是普遍一致的。這個觀點很重要。
這個觀點說明,我們要測得精準的“時間”是很困難的。時間沒有界限的,也沒有間隙的。而且測量者本身也會影響到“時間”的準確性。雖然這種影響很小。就好像是薛定諤的貓一樣,測不準原理和互補原理在更高層次上是統一表象就是“波粒二象性。”
摘自獨立學者,科普作家,藝術家靈遁者科普書籍《變化》