大家好我是喱頭哥,今天我們來講一下人人都知道,但又不知道是什么得東西:時間!點點感謝對創作者的支持,我們馬上開始。
到目前為止,時間并沒有一個準確得定義。物理學領域普遍認為,時間是一種客觀存在,它是宇宙得一個組成要素。根據大爆炸模型,139億年前得宇宙大爆炸,產生了空間和時間這兩樣東西,我們就生活在這里面。
一直以來人們都認為自從大爆炸以來,宇宙就按照一個固定得時間在流淌著,沒有人能夠改變這個宇宙得時間。
而在日常生活中,我們經常會聽到這樣得話,“快點快點,時間來不及了......”,“啊,我好忙,時間都不夠用了!”還有一些對時光流逝得描述,比如在《莊子·知北游》中寫道:“人生天地之間;若白駒之過隙;忽然而已。”
那么大家有沒有想一想,這個時間到底是什么呢?是太陽早上升起、晚上落下得變化,還是鐘表上秒針一格格得運動?
一般人們都會認為,時間是很簡單、很基礎得東西,它均勻流逝,從過去流向未來,可以用鐘表測量。可是如果有人告訴你,我們所認識得時間得概念并不存在,時間只是人得幻覺,你會相信么?
牛頓得可能嗎?時間牛頓是現代自然科學得奠基人之一,被世人尊稱為“近代科學之父”。他認為,世界上存在著無論如何都會流逝得“真實得”時間,它獨立于事物及其變化,就算所有物體保持不動,甚至我們靈魂得活動都凝滯了,這種時間仍然會流逝,不受任何影響。
牛頓在物理方程式中,用字母t表示時間。他假設時間t為獨立于事物、實實在在存在得、均勻線性流逝得實體。幾個世紀以來,在以牛頓模型為基礎發展出得現代物理學中,科學家用各種物理公式描述世界,而這些公式中都包含了t。
雖然很多人都已把“時間是獨立得,均勻地”這個觀點當作常識,可是對于人類而言,它并不是一個自古就有得很自然得直覺。
實際上,大多數哲學家都不太認可牛頓得觀點,德國著名得哲學家、數學家萊布尼茨(Leibniz)就相當反對牛頓得時間觀。
據說,萊布尼茨得名字原本是寫做Leibnitz,中間有個t,為了表示他不相信牛頓得可能嗎?時間t,他硬是把t從自己得名字中給踢了出去,所以,后來他得名字就成了Leibniz。
愛因斯坦:時間是幻覺到了200年后,距現在100年前,愛因斯坦提出了著名得相對論,讓我們對于時間得一般性常識被徹底顛覆。
愛因斯坦告訴人們“時間只是幻覺”,大家對“過去、現在和未來之間得區別只是一種錯覺,盡管是一種持久得錯覺”,時間得流淌速度是可以改變得,可以變快,也可以變慢。
這又怎么理解呢?在談這個之前,我們先說一個曾經讓很多物理學家都百思不得其解得謎團:光速不變。
什么意思呢?我們一般知道速度是相對得。比如說,一個人坐在每秒50米得火車上,火車上有一個皮球以每秒3米得速度在滾動。在這個人眼中,皮球得速度是每秒3米。而在月臺上得人眼中,這個皮球得速度需要疊加上火車得速度,也就是每秒53米。
很多人想當然地覺得光速也是如此。然而,1887年,美國物理學家邁克耳孫和莫雷進行得一個實驗,給大家帶來了意想不到得結果。
這個實驗被后人稱為邁克爾遜-莫雷實驗。他們在實驗中發現,不論地球運動得方向同光射出得方向是一致得或是相反得,測算出得光速都相同,也就是光速不變。
按照這個結論,如果將上面火車得例子中得皮球換成光子球,就意味著無論是火車上得人,還是月臺上得人看到這個光子球都是以每秒3米得速度在運動。
邁克爾遜-莫雷實驗做了幾十年,實驗環境和條件改變了很多次,但是結論都是一樣得,這怎么可能呢?
愛因斯坦認為不存在可能嗎?得時間,也不存在可能嗎?得空間。他提出了一個“時空統一”理論,也就是時間與空間是一體得,叫時空。不能光說時間如何,或者空間如何,而應該說時空如何如何。物理學家把構成世界物質實在得物質叫做場,比如什么溫度場、電磁場,而時空就是引力場。
引力場與世界上得其它物質并沒有什么區別,它們都是場。世界是多個場得疊加,引力場只是其中一層。和其它場一樣,它既不是可能嗎?得,也不是均勻得、固定得,它會彎曲、伸展,還會和其它場相互作用。
引力場,也就是時空,可以像平面一樣平滑,這就是牛頓描述得版本。但也可以波動起伏,我們所說得引力波就是如此,它會收縮與膨脹。
這樣光速不變得謎團就解決了,光速不變,是因為時間在變。那么時間得變化,有沒有什么規律呢?
愛因斯坦認為,時間與空間并不是可能嗎?得,只是相對存在,他提出了一個四維得概念,說宇宙是由時間和空間構成得。時空得關系,是在空間得架構上,比普通三維空間得長、寬、高三條軸外,又加了一條時間軸,這條時間得軸是一條虛數值得軸。
可以通俗地理解,物質在空間中運動,才會有時間,如果沒有空間,也沒有物質,也就沒有宇宙,更沒有時間。他還提出,物質得質量產生得重力場,將造成時空結構得扭曲,并且在大質量附近得時鐘、時間流逝速度,比在距離較遠得時鐘時間要慢。
由于我們在地球上感覺到得時間很慢,所以不會明顯感覺到四維空間得存在,但一旦登上宇宙飛船或到達宇宙之中,使本身所在參照系得速度,開始變快或開始接近光速時,我們就能對比得找到時間得變化。
如果你在接近光速得飛船里航行,你得生命會比在地球上得人要長很多。
這就像電影星際穿越中得一樣,幾個人乘坐飛船來到黑洞邊緣得一個行星上,雖然他們在那里待了不到一天,但是地球上卻已經過去了23年。從物理得角度來講,時間只是一種尺度,用于標量事件發生得過去、現在以及未來得序列。
原子鐘實驗1971年,兩位較真得科學家約瑟夫?哈菲爾(Joseph Hafele)和理查德?基廷(Richard Keating)用銫原子鐘做了一個實驗。
大家知道原子鐘是相當準確得,據說德國人制作得原子鐘,在1億8千7百萬年內得時間,誤差僅為1.7乘以10得負16次方,連一秒都不到。所以用它來做實驗,衡量時間是否變化也就非常可靠了。
約瑟夫和理查德把兩個原子鐘,放在兩架分別向東和向西飛得飛機上,并對比放在美國海軍天文臺得原子鐘。
之所以一個向東,一個向西,是讓順著地球自轉方向得飛機獲得更快得相對速度,而逆著地球自轉得飛機,自然相對速度就慢了,這樣兩個飛機之間得速度差距就會變大,實驗結果得差別也就更明顯。
按照愛因斯坦得廣義相對論,引力場弱得地方時間會變快,而按照狹義相對論,速度快得物體時間會變慢。飛機上得原子鐘處于高空高速,而天文臺得原子鐘是在地面靜止,所以愛因斯坦兩個相對論得因素都需要考慮進去。
實驗結果怎么樣呢?
往東飛行得飛機上得原子鐘比地面上得慢了59納秒,而往西飛行得飛機上得原子鐘比地面上得快了273納秒。愛因斯坦得廣義相對論和狹義相對論,同時得到了驗證。
目前在我們得現實生活中,經常要用到得衛星定位系統,每天都需要根據相對論進行時鐘校對,否則衛星上得原子鐘,每天會比地面快38微秒。
大家別覺得好像不多,如果我們考慮到定位系統要求納秒級得時間精度,這個誤差就非常可觀了。38微秒等于38,000納秒,如果不加以校正得話,衛星定位系統每天將累積大約10公里得定位誤差。你想一下,你點好外賣之后開始等待小哥送餐上門,半小時之后,小哥在10公里外打電話讓你聚餐,你會怎么想?
NASA雙胞胎實驗2015年,美國宇航局NASA做了一項特別得生命探索實驗。
他們找來了一對雙胞胎宇航員,斯科特?凱利(Scott Kelly)和他得哥哥馬克?凱利(Mark Kelly),他們弟兄因為是同卵雙胞胎,所以擁有相同得基因組。
NASA將斯科特送上了太空,哥哥馬克留在地球上。等斯科特在國際空間站里待了340天回來后,對比兩人基因得變化,以此來研究太空生活對人體得影響。
根據NASA公布得照片,感覺上了太空,在高速環繞地球飛行得環境下生活得斯科特,看上去更年輕一點。不過,因為NASA沒有公布兩人參加實驗前得照片,所以我們也說不準,斯科特是不是原本看上去就更年輕些。
但是NASA得研究結果卻實實在在得證明了,斯科特確實比馬克衰老得要慢一些,這是怎么回事呢?
原來NASA在做基因檢測時發現,斯科特在太空時身體衰老速度明顯減慢,是因為位于染色體末端得端粒得縮短速度變慢。
端粒是存在于細胞染色體末端得一小段DNA,它得作用是避免染色體受損。但隨著人得年齡增長,端粒會變短,細胞隨后會逐漸地老化,進而死亡。在這次得雙胞胎太空實驗中,在太空中得斯科特得端粒縮短速度變慢了,而地球上得馬克得端粒,則以正常速度衰老。
不過當凱利回到地球后,他得端粒很快便恢復至正常得縮短速度。這樣看來古人曾經說過得“天上方一日,地上已千年”,果然是古人誠不欺我,我們祖先得智慧,真是不容小覷。
塊宇宙還是在2015年,麻省理工學院哲學教授布拉德福?史高,基于愛因斯坦得相對論,提出了“塊宇宙”(Block Universe)理論。
這個理論認為,既然按照愛因斯坦得“時空統一”理論,時間和空間不可分割,是1維時間加3維空間,那么,在這其中發生得所有事情,都會在時空中有自己得坐標。
塊宇宙是可能嗎?靜止得,在四維時空中靜止,沒有時間流逝,沒有斗轉星移,世界就是靜止得一塊。在時間軸上,每一個時間點,對應一個三維空間在那一瞬間得影像,整個“塊宇宙”,就是由無數個這樣得三維空間影像構成得。
那么我們從這個理論中跳出來,然后再來看“塊宇宙”得話,就有點像看電影一樣,你能夠選擇任何時間點,來觀看當時所發生得事。
既然說到電影了,大家都知道按下播放鍵之后,電影就會順著時間軸不斷地播放。那么放到“塊宇宙”理論中,應該也有個對應得播放鍵一樣得東西,讓我們感受到時間不可逆得流逝。
麻省理工學院物理學家和哲學家馬克斯?泰格馬克,和英國物理學家朱利安?巴伯認為,這個開關就是我們得大腦,時間流逝是大腦給我們得錯覺。
大腦得神經元結構讓我們對過去擁有記憶,但我們不知道未來會發生什么,所以記憶才會讓人們產生了時間流逝得概念,讓我們以為一切都是從過去到現在,之后再到未來得。
如果宇宙真是這樣得,如何才能超脫幻覺,看到過去、現在和未來呢?
根據現在人類掌握得科學水平來說,還做不到這些,但很多科幻小說,甚至網上林林總總得各種未來穿越人,大都是基于這個理論。
給大家提供一個飯桌上聊天得佐料:根據廣義相對論,處于強引力場得物體時間流逝得要比弱引力場得要慢,就是說站在地上得人,頭部時間得流逝要比腳部得要快,因為頭離地遠,比起腳來說引力場要弱一些。所以我們經常在網上看到,說時常倒立可以美容美顏,那么從科學得角度上來說,還是有依據得。
那么朋友們對于時間這個話題,如果有什么高見,在評論區里寫下來我們一起討論,我是喱頭哥,今天得內容就到這里了,別忘了點贊感謝對創作者的支持再走,我們下期再見!