时间是什么?

有人认为时间像橡皮筋,有人认为时间是断断续续的。如果时间曾经开始,它将回到6543.8+06亿年前。让我们来看看什么是时间,时间的不规则尺度是如何工作的。

时间对于住在一楼的人来说比住在顶楼的人过得更慢,虽然不足以让里面的人活得更久。如果你想让一个人变得更年轻,你只需要乘坐普通飞机环游世界。这是两个令人难以置信的结果,时间效应对所有人都是一样的:时间可以延长或缩短,取决于空间、重力和速度。本文将带领读者探索看似近在咫尺却又神秘莫测的时间尺度。

几点了?

1000多年来,人们一直在寻找这个问题的答案。例如,在古希腊,时间的定义比数学家更困扰哲学家。在伽利略的伟大发现之后,牛顿终于将时间定义为一个数学量然而,这位伟大的英国科学家认为,时间是一个披着神秘面纱的物体,因为时间独立于任何物体,绝对高于一切。时间与圣人如此接近,以至于上帝被比作时钟。

爱因斯坦认为,时间根本不像自然界中的“自由狗”,而是一种实实在在的度量。即使在今天,我们仍然不能像做任何实际的事情一样定义时间。我们可以测量时间,却不知道时间是什么,也把“时间”挂在墙上或者戴在手腕上。根据爱因斯坦的相对论,我们知道时间可以延长或缩短。这就是为什么物理学家简单地用时间作为一系列事件,并用时间来标记它们。比如一个人的生日或者食物的保质期。

2.时间像河流一样流动还是断断续续的?

遗憾的是,没有一种理论或实验能够证明时间是以连续的方式流动的,还是像电影中的每一帧那样,给人一种连续的印象,即有间歇性的接续,对时间的连续性或不连续性的研究还涉及到另一个问题,即时间是否有开端。到目前为止,还没有明确的答案。因为著名的大爆炸理论认为时空是有开端的;其他科学家指出,“时间”的尺度没有一个瞬间的开始,这是不必要的。这让事情变得复杂了。因为根据量子力学原理,小于所谓普朗克时间的时间间隔是不可预测的。普朗克时间单位是秒的数量级。所以不可能在很短的时间内计算出宇宙的新状态。简而言之,按照现在的理论,关于宇宙的第一声呐喊永远是未知的。

现在让我们回到时间的“连续性”。奇怪的是,它可以连续流动,也可以间歇流动,但最小的、可计算的时间间隔与普朗克时间相同。总之,时间是一条连续的带子,物理学家把它看成一条环环相扣、不连续的项链。

几年前,科学家大卫·芬克尔斯坦(David Finkelstein)提出了一个理论,但在科学界没有得到太多支持。这位物理学家假设时间原子是存在的。这些时间原子可能显示出它们的不连续性。

时间对所有人来说都是以同样的方式流逝的吗?

爱因斯坦的理论表明答案是否定的,事实上,和空间一样,时间也是相对的。相对是什么意思?也就是说,为了完整地描述一个事件而不是含糊不清,那么这个事件应该放在一个参照系中。比如我和一个人在路的尽头约会,那个“尽头”对另一个人来说可能只是路的开始。如果我加上“在路尽头后面的广场”,那么这个“约会事件”是准确的。有时间因素的事情也是如此。如果我说10年过去了,那么我必须指出,相对于哪个参照系,10年过去了。很明显,日常生活中没必要拘泥于细节。但是谁知道我们将来会不会组织星际旅行或者和外星人交流呢?届时,时间间隔将不再那么简单,我们将感受到时间的相对性。

一个著名的例子可以解释这一切。阿尔法和贝塔是30岁的双胞胎兄弟,都是宇航员。2000年,贝塔开始乘坐速度为每秒24万公里的飞船前往距离地球8光年的星球。以这个速度,Beta来回需要10年。事实是,为了达到期望的平均速度,β在到达目的地时需要加速和减速。因为它们的参照系不再相同,我们可以通过改变运动方向来分离α和β的时间。2020年贝塔回到地球,他将看到阿尔法庆祝自己的50岁生日(大了20岁),而此时对他自己来说刚刚过了12年,他才42岁。这不是智力测试。时间的膨胀已经被一块真表测量过了。1971年,华盛顿大学的J.C. Hafele和美国海军天文台的Richard Keating两位物理学家环游世界,在飞机上测量了四个原子钟。飞机的速度是无法和光速相比的(相差几百万倍)。然而,科学家们证实,他们捕捉到了时间的弹性:在旅行结束时,飞机上的时钟指示比地面上的时钟晚59纳秒。另外,身高也影响时间的流逝。爱因斯坦的理论表明,时间离地面越近,时间流逝越慢。其实在地下室,时间过得比在大楼顶楼慢。有人计算过,人生如果住在一楼,可以多活一微秒。当然,这对长寿来说太微不足道了。

如果时间是一种度量,为什么不能像在空间中一样前进后退?

穿越未来和过去是科幻小说。正如奥地利数学家库尔特·哥德尔(Kurt Godel)在1949中证明的那样,过去的旅行并不被物理定律所禁止,只是条件非常特殊:宇宙要能旋转(这在现实中是不可能的),时间的追逐者必须以大于71%光速的速度运动。简而言之,菜单是有的,但是没有食材。正如物理学家斯蒂芬·霍金所认为的,这可能是大自然保护自己的一种方式,阻止时间旅行会避免可能出现的悖论,比如遇见自己或者改变历史。

5.黑洞真的是时间机器吗?

黑洞提供的一种可能性是在穿过一条时间隧道后落入其中,并在过去重现。什么是隧道?有各种各样的假设,从反重力到反射世界,再到宇宙的更替。虽然有很多假设,但没有一个是可行的。只要想想黑洞的超强引力:时间就像橡皮筋,最后被拉伸,在这种情况下,活着出去是无望的。时间是一个永久的话题,人们还在探索和尝试其他的方法。