時(shí)間是什么?我們來做一個(gè)游戲,盯住下面的動(dòng)畫至少20秒,然后看下面的宇宙背景圖。
你是否有那么一刻,發(fā)現(xiàn)宇宙動(dòng)了起來?這是你大腦的記憶,讓你對靜止的圖片產(chǎn)生了錯(cuò)覺,這種記憶產(chǎn)生的變化,叫做心理時(shí)間。
萬物無時(shí)無刻都在運(yùn)動(dòng),你能分辨的清楚誰在動(dòng),誰又是相對于你靜止的呢?我們可以通過另外一個(gè)概念位置(空間)來確定。
有兩個(gè)相機(jī)對著你和我,當(dāng)我們從a移動(dòng)到b時(shí),兩個(gè)相機(jī)的快門總是同時(shí)按下,不斷拍照,并且瞬間就打印出來。如果相同快門下的每一張照片位移距離(包括方向)相同,那么我們就是相對靜止的。
當(dāng)我們把人換成兩個(gè)小球,然后把照片交給其他人來分辨,他們并無法判斷小球究竟是從a移動(dòng)到了b,還是從b移動(dòng)到了a。也就是說,其他人無法確定哪張照片是第一張,但選擇從a開始,還是從b開始,整個(gè)過程都是正確的,并不會(huì)違背經(jīng)典物理定律。
不過,經(jīng)典物理中,牛頓卻給出了時(shí)間方向:時(shí)間是絕對的,它就像一支永不停歇且勻速的箭,向前運(yùn)行著,永遠(yuǎn)無法停下來。
這個(gè)結(jié)論會(huì)讓我們心里很舒服,因?yàn)閺男睦頃r(shí)間的角度來說,時(shí)間必然是有前后順序的,當(dāng)你回憶時(shí)間的時(shí)候,總是能回憶過去,感受現(xiàn)在,但是卻不能看到未來。
然而,關(guān)于時(shí)間的方向?yàn)槭裁词恰绊槙r(shí)針”,而不是“逆時(shí)針”,牛頓并沒有說清楚。經(jīng)典物理框架下,牛頓的時(shí)間箭頭與倒轉(zhuǎn)的箭頭,它們之間的關(guān)系是對稱的,但都是合情合理的。
1850年,時(shí)間方向有了重大的進(jìn)展,克勞修斯提出的熱力學(xué)第二定律:孤立的系統(tǒng)中,混亂程度只會(huì)增加,直到混亂程度達(dá)到最大化。這個(gè)定律也叫熵增定律,熵代表混亂的程度。
舉個(gè)例子:孤立容器中的純凈水混入一滴墨汁,墨會(huì)隨著時(shí)間不斷擴(kuò)散,最終整杯水變成各處顏色均勻的墨水,不再發(fā)生任何改變。
整個(gè)過程中水中墨汁不斷擴(kuò)散,打破了水原本高度有序的結(jié)構(gòu),這個(gè)過程是不可逆的。比如:在這個(gè)孤立的容器中,墨水不會(huì)自發(fā)地凝聚出一滴墨汁,讓水再次變純,你也難以把墨與水完全分開。破鏡也無法重圓,孤立的系統(tǒng)中時(shí)間是有方向,且不可逆的,而整個(gè)宇宙就是一個(gè)孤立的系統(tǒng)。
這回時(shí)間的方向也有了,一切非常和諧,但不久之后邁克遜莫雷實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光有一個(gè)特點(diǎn),無論在誰眼里它的速度都是恒定的,這給了愛因斯坦一個(gè)啟發(fā)。
舉個(gè)例子:a,b倆人各自騎著單車,慢悠悠地,相對靜止。光從遠(yuǎn)處飛來,在他倆看來,光速度都是C。此時(shí),一輛無限接近于光速(v)的飛船上空超過ab并看到光,在飛船上與光是追擊問題,然而在飛船看來光速也是c,而非 c-v。
愛因斯坦基于光速恒定發(fā)表了狹義相對論,其中描述并推導(dǎo)出了速度會(huì)使時(shí)間發(fā)生膨脹。既然光速是絕對的,我們就可以利用光來制作光鐘,光會(huì)在光鐘內(nèi)上下不斷反射。
當(dāng)你把一個(gè)光鐘,把它放在宇宙飛船上。飛船開始運(yùn)動(dòng),飛船上光鐘走的速度比地面上的光鐘慢,因?yàn)轱w船上光子的運(yùn)動(dòng)軌跡是斜線。
想象一下,兩個(gè)人跑步速度相同,一人跑斜線,一人跑直線,誰能先到達(dá)終點(diǎn)?運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生時(shí)間流速不同,時(shí)間不再是絕對的,而是相對的。
當(dāng)飛船與地面產(chǎn)生相對速度時(shí),它們之間的時(shí)間不再同步。把光鐘與飛船運(yùn)動(dòng)的軌跡連線,可以根據(jù)勾股定理得到地面時(shí)間與飛船時(shí)間的關(guān)系。
以上就是目前科學(xué)對時(shí)間的認(rèn)識(shí):時(shí)間是相對的,方向也只有一個(gè),我們活在因果世界之中。但也有一些理論正在試圖打破這種認(rèn)識(shí)。
雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,粒子是否會(huì)發(fā)生干涉取決于我們是否對它進(jìn)行觀測。在量子尺度,可視化雙縫干涉延遲擦除實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn)最先到達(dá)的光(D0)顯示的結(jié)果取決于后到達(dá)的光是否被觀測,意味著光提前知道了結(jié)果,然后做出了選擇,因果順序發(fā)生了顛倒。
1895年,龐加萊證明了:
任何粒子在經(jīng)過一個(gè)漫長的時(shí)間之后必然能回到其無限接近其初始位置的位置
這意味著時(shí)間的箭頭也出現(xiàn)了問題,具有周期性?;蛟S時(shí)間的方向不一定是熵增,因果的順序也不是必然的。不過,時(shí)間是相對的,狹義相對論是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)實(shí)實(shí)在在驗(yàn)證過的。
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