如今，我們有太多東西值得珍惜，愛情，友情，親情，還有各種物質(zhì)等等，我們需要珍惜的有很多，但是其實(shí)我們最容易忽視的就是珍惜時(shí)間。我們不能讓時(shí)間停下來(lái)，也不能拖延時(shí)間進(jìn)度，無(wú)論我們是否愿意，時(shí)間都在一分一秒流逝著。我們每個(gè)人都生活在有限的時(shí)間中，無(wú)論他在這個(gè)社會(huì)擁有多么高的地位。時(shí)間對(duì)所有人而言都是公平的，在一生之中我們需要盡自己所能，抓住每一個(gè)機(jī)會(huì)，并盡可能多地利用自己的時(shí)間，做一些有意義的事情。
時(shí)間對(duì)我們來(lái)說(shuō)實(shí)在太重要了，不過時(shí)間到底是什么呢？是努力與回報(bào)？還是生命的意義，又或是如白駒過隙般的短暫時(shí)光？沒有人能說(shuō)明白時(shí)間到底是什么。古往今來(lái)，有很多數(shù)學(xué)家，科學(xué)家和哲學(xué)家等大才都想要了解時(shí)間的真正意義，但是他們總是各執(zhí)一詞，或許每個(gè)人心中的時(shí)間定義都不一樣吧。接下來(lái)，我們將以科學(xué)角度分析，從微觀到宏觀，來(lái)看看時(shí)間到底是什么，首先我們將從一個(gè)時(shí)間單位開始說(shuō)起。
一秒鐘，這個(gè)時(shí)間聽起來(lái)實(shí)在是太短了，不過以科學(xué)角度來(lái)看，一秒鐘也會(huì)發(fā)生很多事情，比如指甲和頭發(fā)會(huì)生長(zhǎng)約一納米，也就是十億分之一米。只需要不到一秒鐘，我們大腦的反射弧就可以產(chǎn)生肌肉反射，比如我們碰到一些灼熱的物體，只需不到一秒時(shí)間，手臂就會(huì)立即縮回來(lái)。在一秒內(nèi)，全球大約有4個(gè)嬰兒出生，有2人死亡，一秒鐘內(nèi)，地球可以繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)近30公里，一秒內(nèi)光可以繞地球約7圈。說(shuō)到最后，按照80歲計(jì)算，我們的一生可以生活25億秒，每過一秒，人生就會(huì)減少25億分之一……
無(wú)論是一秒，還是一分，還是一年萬(wàn)年，這些都是時(shí)間單位。我們可以把時(shí)間看做是一種非常不可思議的科學(xué)單位，我們也可以把時(shí)間看做是任何事物變化的本質(zhì)，人類社會(huì)，所有星球，所有星系甚至是宇宙，每一分每一秒都在發(fā)生變化。一秒，這個(gè)單位聽起來(lái)太短了，不過一秒在科學(xué)領(lǐng)域中是一個(gè)很大的單位，尤其是對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō)。
這是銫原子鐘的嵌入式面板，其中有顯示控件和調(diào)整控件等結(jié)構(gòu)
物理學(xué)是唯一明確研究時(shí)間的科學(xué)，但是到底多長(zhǎng)時(shí)間才算是一秒，一秒這個(gè)單位該如何計(jì)算，或者說(shuō)日常生活中，一秒如何界定，這對(duì)物理學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)難題，因?yàn)榭此谱詈?jiǎn)單的問題往往最難解答。
我們知道，古代文明使用日晷等方法來(lái)判斷時(shí)間，每個(gè)文明確定時(shí)間的方式都不一樣，但是原理幾乎都一樣，那就是基于地球每天的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其實(shí)地球的這種輪換周期并不規(guī)律，完全不能作為現(xiàn)代時(shí)間來(lái)定義。現(xiàn)代衛(wèi)星經(jīng)常會(huì)利用原子的躍遷能來(lái)計(jì)時(shí)，它徹底改變了科學(xué)計(jì)時(shí)的工作。NPL在1955年開發(fā)了第一個(gè)可運(yùn)行的銫原子鐘，這個(gè)時(shí)鐘非常精確，每三百年的誤差只有一秒鐘。而現(xiàn)代原子鐘的精度比之前的銫原子鐘高出百萬(wàn)倍，是衛(wèi)星技術(shù)的基礎(chǔ)。
科學(xué)家們?nèi)ツ曛圃炝艘环N鍶晶格時(shí)鐘，這是目前世界上最精密、最穩(wěn)定的時(shí)鐘，之前科學(xué)家們不滿足于量子時(shí)鐘的誤差，量子時(shí)鐘每37億年有一秒的誤差，而鍶晶格時(shí)鐘是每50億年有一秒的誤差
我們可以把原子看做是一個(gè)微型太陽(yáng)系，原子核被各種不同軌道的電子包圍。軌道與能級(jí)相對(duì)應(yīng)，電子只有在吸收或釋放適量的能量時(shí)才可以在能級(jí)之間移動(dòng)。這種能量會(huì)以電磁輻射的形式被吸收或釋放，電磁輻射的頻率取決于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。通過測(cè)量電磁輻射的頻率，我們可以確定時(shí)間單位。
時(shí)間單位是日常生活的一個(gè)基本部分，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，精確到最近的一分鐘或幾秒鐘就足夠了，但是高度精確的計(jì)時(shí)在現(xiàn)代社會(huì)的許多方面起著至關(guān)重要的作用。比如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就攜帶了高度精確的原子鐘，船上的原子鐘會(huì)定時(shí)廣播信號(hào)，使陸地車輛、船只和飛機(jī)能夠準(zhǔn)確定位等等。
該時(shí)鐘是由德國(guó)物理學(xué)家制造的，也被稱為光學(xué)單離子時(shí)鐘，它的原理是測(cè)量離子在兩種不同能級(jí)之間的振動(dòng)頻率
科學(xué)家們目前正在開發(fā)基于單個(gè)冷阱離子或原子集合的時(shí)鐘，這是未來(lái)時(shí)鐘的一個(gè)方向。離子是帶電的原子，幾乎可以無(wú)限制地被電磁場(chǎng)俘獲，并被接近絕對(duì)零度的激光束冷卻。在這種情況下，光離子會(huì)表現(xiàn)出某個(gè)特定的頻率。英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室NPL現(xiàn)在正在開發(fā)光學(xué)時(shí)鐘，其目標(biāo)精度比目前最好的微波頻率原子鐘高100倍左右，這相當(dāng)于在過去130億年中，誤差不超過一秒鐘?，F(xiàn)在普通的原子鐘可以精確到大約10的負(fù)15次方秒，這相當(dāng)于大約3000萬(wàn)年有1秒誤差。
看到這里大家好像明白了，在科學(xué)領(lǐng)域中，時(shí)間通常是由它的測(cè)量值來(lái)定義的，換句話說(shuō)它只是一個(gè)時(shí)鐘讀數(shù)，一個(gè)時(shí)間單位。尤其是在物理學(xué)領(lǐng)域，時(shí)間往往需要極高的精度，這就要求時(shí)間必須是一個(gè)無(wú)限可分割的線性連續(xù)系統(tǒng)，而不是量子化的由離散和不可分割的單位組成的系統(tǒng)。
牛頓
但是在非相對(duì)論或非經(jīng)典物理學(xué)中，通常使用的時(shí)間概念是絕對(duì)時(shí)間，也被稱為牛頓時(shí)間，時(shí)間獨(dú)立于任何感知者，不會(huì)被除黑洞外的任何物質(zhì)，任何生命使用的任何方式所改變。也就是說(shuō)時(shí)間就是時(shí)間，它在地球上的任何地方乃至宇宙中的每一個(gè)角落，都是不變的，我們從本質(zhì)上也無(wú)法察覺其數(shù)學(xué)性質(zhì)，這其實(shí)符合大多數(shù)人對(duì)時(shí)間的日常經(jīng)驗(yàn)。
不過自相對(duì)論出現(xiàn)以來(lái)，相對(duì)論時(shí)間成為了物理學(xué)界的規(guī)范之一，對(duì)于時(shí)間這個(gè)概念來(lái)說(shuō)又多了一個(gè)宇宙膨脹參數(shù)。相對(duì)論在理論上考慮到了時(shí)間旅行的問題，科學(xué)家們想用時(shí)間旅行這個(gè)概念，推斷時(shí)間的本質(zhì)，比如是否可逆。那么時(shí)間旅行有沒有可能實(shí)現(xiàn)呢，其實(shí)在時(shí)間旅行概念實(shí)現(xiàn)之前，已經(jīng)有很多科學(xué)家提出了時(shí)間旅行的一些悖論，它的可能性和物理實(shí)用性受到許多科學(xué)家的質(zhì)疑。所以說(shuō)時(shí)間旅行可否實(shí)現(xiàn)，還有待考究，這也從側(cè)面證明了牛頓時(shí)間的合理性。
時(shí)空隧道想象圖
在絕大多數(shù)情況下，我們都在看著時(shí)間做事，時(shí)間只是幾個(gè)數(shù)字，告訴我們幾點(diǎn)該做什么，這是一個(gè)規(guī)律，各種形式的現(xiàn)實(shí)都取決于時(shí)間。其實(shí)在科學(xué)不斷發(fā)展的今天，我們應(yīng)該仔細(xì)思考時(shí)間的意義，分析時(shí)間和萬(wàn)物變化之間的必然聯(lián)系。
無(wú)論我們?cè)谟钪娴哪膫€(gè)地方，宇宙微波輻射背景CMB均可見，CMB并不是宇宙的盡頭，而是我們所能看到的極限，無(wú)論是距離層面還是時(shí)間層面。但是從理論上講，我們有希望可以看的更遠(yuǎn)
我們知道，宇宙大爆炸是一切的開始，也可以被認(rèn)為是時(shí)間的起點(diǎn)。大爆炸之前的奇點(diǎn)是一個(gè)難以想象的熾熱的，密度近乎無(wú)限大的點(diǎn)。當(dāng)宇宙的年齡只有10的負(fù)34次方秒左右時(shí)，它經(jīng)歷了一次難以置信的劇烈膨脹，或者說(shuō)是一種爆發(fā)。在這個(gè)過程中，空間本身的膨脹速度比光速還要快。就在這個(gè)時(shí)間，宇宙的大小至少大了90倍。
宇宙的起源其實(shí)就是萬(wàn)物變化的開始，也是時(shí)間的起源，了解宇宙的起源是我們了解時(shí)間的科學(xué)本質(zhì)和起源的一個(gè)重要參考因素，這是現(xiàn)今天文學(xué)家觀測(cè)和理論物理學(xué)工作相結(jié)合所得出的結(jié)果。那么我們應(yīng)該如何理解宇宙起源理論呢？根據(jù)宇宙微波輻射背景數(shù)據(jù)，短暫膨脹之后，宇宙繼續(xù)膨脹，但速度變慢了。隨著空間的膨脹，宇宙開始冷卻，物質(zhì)形成了。大爆炸后的一秒鐘，宇宙充滿了中子、質(zhì)子、電子、反電子、光子和中微子。
這張圖片為我們展示了自宇宙大爆炸以來(lái)，宇宙從第1秒到35萬(wàn)年經(jīng)歷的四個(gè)主要階段，在此期間，宇宙不斷膨脹，溫度也逐漸冷卻下來(lái)
在宇宙最初的三分鐘里，氫元素是在一個(gè)類似核聚變的過程中誕生的。之后宇宙的溫度逐漸冷卻下來(lái)，質(zhì)子和中子碰撞形成了氘，氘是氫的同位素，很多氘在一起形成氦，還生成了微量的鋰。在最初的38萬(wàn)年左右的時(shí)間里，宇宙溫度還是太熱，沒有光。宇宙環(huán)境的高熱足以將原子揉和在一起，形成一個(gè)稠密的等離子體，這是一個(gè)由質(zhì)子、中子和電子組成的不透明結(jié)構(gòu)，像霧一樣飄散在宇宙中。
之后，宇宙的溫度繼續(xù)下降，這形成了一種透明的電中性氣體。這是宇宙的第一道光芒，現(xiàn)在可以在宇宙微波背景輻射探測(cè)到。然而在這之后，宇宙又陷入了黑暗，因?yàn)檫@時(shí)候還沒有恒星或任何其他發(fā)光的天體形成。
宇宙演化時(shí)間圖，這張圖片為我們展示了宇宙的再電離時(shí)代，再電離時(shí)代之后的二十億年，宇宙的氦離子化時(shí)代來(lái)臨
宇宙大爆炸后約4億年，在再電離時(shí)期，宇宙中的第一批恒星開始出現(xiàn)，又過了5億年的時(shí)間，氣團(tuán)坍縮到足以形成第一批恒星和星系，其高能紫外線離子化并摧毀了大部分中性氫。宇宙的進(jìn)化，時(shí)間的演變，開始了。
按照標(biāo)準(zhǔn)理論，宇宙中發(fā)生的一切都是由規(guī)律決定的，規(guī)律是絕對(duì)的，它們不會(huì)隨著時(shí)間而改變，但是正是時(shí)間這個(gè)單位使我們可以預(yù)測(cè)未來(lái)人類乃至宇宙的種種變化。
想要了解時(shí)間和宇宙的真相，離不開太空望遠(yuǎn)鏡等其他觀測(cè)行為的幫助
時(shí)間對(duì)于人類來(lái)說(shuō)有什么意義？這個(gè)話題討論了數(shù)百年，而一部分科學(xué)家們甚至堅(jiān)持認(rèn)定一個(gè)理論，那就是時(shí)間根本不存在，他們還說(shuō)物理學(xué)中最成功的理論就是證明時(shí)間不存在。如果這些科學(xué)家們的理論是對(duì)的，那意味著所有一切都將無(wú)關(guān)緊要。其實(shí)時(shí)間對(duì)于解釋我們的生存乃至宇宙如何運(yùn)作有至關(guān)重要的作用，也就是說(shuō)關(guān)于時(shí)間的論證的核心取決于我們對(duì)物理定律的理解，一些科學(xué)家沒有完全反對(duì)“時(shí)間謬論”，只是說(shuō)這些科學(xué)家可能不了解時(shí)間的起源。
其實(shí)剛才我們剛才談到的，無(wú)論是天文觀測(cè)活動(dòng)，宇宙起源，還是物理學(xué)領(lǐng)域等等……它們的規(guī)律也許已經(jīng)揭示了時(shí)間的本質(zhì)，時(shí)間不是不存在，時(shí)間只是一種我們方便計(jì)算的單位，可以用其他計(jì)算形式或者其他任何單位代替，換句話說(shuō)，時(shí)間是讓各種方程式吐出正確答案的關(guān)鍵。相比于之前的“時(shí)間謬論”，很多科學(xué)家們都認(rèn)同新的時(shí)間定律和時(shí)間本質(zhì)概念，科學(xué)家們一直都在試圖尋求宇宙萬(wàn)物的特性，包括整個(gè)宇宙的工作原理。雖然，失敗了一次又一次，遇到了很多問題，但是宇宙一直就在那里，時(shí)間就在那里，規(guī)律從未改變，遵循時(shí)間發(fā)展，遵循客觀發(fā)展規(guī)律，這是我們唯一能做的。
在1960年代中期，理論物理學(xué)家John Wheeler和Bryce DeWitt決定看看將量子理論應(yīng)用于整個(gè)宇宙會(huì)產(chǎn)生什么效果。量子理論最常應(yīng)用于亞原子領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)這兩位理論物理學(xué)家想量子理論上可以應(yīng)用于所有事物，甚至是整個(gè)宇宙。
惠勒德維特方程
結(jié)果Wheeler和DeWitt成功地推算出了一個(gè)噩夢(mèng)般的復(fù)雜方程，根據(jù)量子理論，該方程可以闡釋宇宙的真實(shí)本質(zhì)。但是這個(gè)方程式催生了很令人震驚的解釋，那就是時(shí)間為零，也就是說(shuō)根據(jù)惠勒德維特方程，宇宙的量子態(tài)是凍結(jié)的，量子宇宙是一個(gè)沒有變化的宇宙。與宏觀宇宙學(xué)相較而言，宇宙起源于大爆炸，并且仍在不斷擴(kuò)展和膨脹，這與量子態(tài)宇宙理論的結(jié)論完全相悖。
宇宙演化歷史
許多理論物理學(xué)家試圖找到方法，解釋永恒的宇宙到底是否存在，時(shí)間到底是永恒的，還是流動(dòng)的，惠勒德威特方程式又給了我們什么啟示。后來(lái)，科學(xué)家們解釋惠勒德威特方程式的意思不是說(shuō)宇宙是靜態(tài)的，宇宙是一個(gè)非常巨大的結(jié)構(gòu)，就局部結(jié)構(gòu)而言，宇宙是被定格的，也就是擁有過去，現(xiàn)在和未來(lái)之分。在任何給定的時(shí)刻，比如說(shuō)現(xiàn)在，就不需要考慮時(shí)間來(lái)解釋宇宙的工作原理。時(shí)間的流逝感取決于我們的大腦如何理解萬(wàn)物或者宇宙的不斷變化，這并不代表宇宙中的時(shí)間不存在。
不論是宇宙，還是任何物質(zhì)，不論是一秒還是數(shù)十億年，所有的一切都在變化，甚至是在進(jìn)化，這就是時(shí)間存在的力證。比如我們自己，宇宙中的恒星是產(chǎn)生生命所需的碳，氧和其他元素的根本來(lái)源。換句話說(shuō)如果沒有恒星，就不會(huì)有我們，也不會(huì)有思考宇宙的意識(shí)。所以這也說(shuō)明了我們的存在很可能是宇宙進(jìn)化的證據(jù)，而且由于進(jìn)化只能隨著時(shí)間而發(fā)生，這反過來(lái)就意味著時(shí)間是真實(shí)的。
哈勃超深場(chǎng)
如果這個(gè)證明時(shí)間的理論是正確的，那么我們的意識(shí)或者說(shuō)人類生命本身就是無(wú)盡宇宙的最新作品。隨著時(shí)間的推移，物理學(xué)定律不會(huì)改變，在未來(lái)的宇宙中，也許還會(huì)有新的生命，現(xiàn)在的我們不變，但是未來(lái)的我們會(huì)有無(wú)數(shù)種可能。換句話說(shuō)，時(shí)間告訴我們說(shuō)我們非常幸運(yùn)，時(shí)間幫助我們誕生在這個(gè)宇宙中，時(shí)間塑造了人類文明，即我們的宇宙恰好具有適當(dāng)?shù)臈l件組合在一起，以允許我們生存。
時(shí)間的本質(zhì)，時(shí)間是否存在，恐怕只能讓時(shí)間來(lái)證明一切。
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