時間對於住在壹樓的人來說比住在頂樓的人過得更慢,雖然不足以讓裏面的人活得更久。如果妳想讓壹個人變得更年輕,妳只需要乘坐普通飛機環遊世界。這是兩個令人難以置信的結果,時間效應對所有人都是壹樣的:時間可以延長或縮短,取決於空間、重力和速度。本文將帶領讀者探索看似近在咫尺卻又神秘莫測的時間尺度。
幾點了?
1000多年來,人們壹直在尋找這個問題的答案。例如,在古希臘,時間的定義比數學家更困擾哲學家。在伽利略的偉大發現之後,牛頓終於將時間定義為壹個數學量然而,這位偉大的英國科學家認為,時間是壹個披著神秘面紗的物體,因為時間獨立於任何物體,絕對高於壹切。時間與聖人如此接近,以至於上帝被比作時鐘。
愛因斯坦認為,時間根本不像自然界中的“自由狗”,而是壹種實實在在的度量。即使在今天,我們仍然不能像做任何實際的事情壹樣定義時間。我們可以測量時間,卻不知道時間是什麽,也把“時間”掛在墻上或者戴在手腕上。根據愛因斯坦的相對論,我們知道時間可以延長或縮短。這就是為什麽物理學家簡單地用時間作為壹系列事件,並用時間來標記它們。比如壹個人的生日或者食物的保質期。
2.時間像河流壹樣流動還是斷斷續續的?
遺憾的是,沒有壹種理論或實驗能夠證明時間是以連續的方式流動的,還是像電影中的每壹幀那樣,給人壹種連續的印象,即有間歇性的接續,對時間的連續性或不連續性的研究還涉及到另壹個問題,即時間是否有開端。到目前為止,還沒有明確的答案。因為著名的大爆炸理論認為時空是有開端的;其他科學家指出,“時間”的尺度沒有壹個瞬間的開始,這是不必要的。這讓事情變得復雜了。因為根據量子力學原理,小於所謂普朗克時間的時間間隔是不可預測的。普朗克時間單位是秒的數量級。所以不可能在很短的時間內計算出宇宙的新狀態。簡而言之,按照現在的理論,關於宇宙的第壹聲吶喊永遠是未知的。
現在讓我們回到時間的“連續性”。奇怪的是,它可以連續流動,也可以間歇流動,但最小的、可計算的時間間隔與普朗克時間相同。總之,時間是壹條連續的帶子,物理學家把它看成壹條環環相扣、不連續的項鏈。
幾年前,科學家大衛·芬克爾斯坦(David Finkelstein)提出了壹個理論,但在科學界沒有得到太多支持。這位物理學家假設時間原子是存在的。這些時間原子可能顯示出它們的不連續性。
時間對所有人來說都是以同樣的方式流逝的嗎?
愛因斯坦的理論表明答案是否定的,事實上,和空間壹樣,時間也是相對的。相對是什麽意思?也就是說,為了完整地描述壹個事件而不是含糊不清,那麽這個事件應該放在壹個參照系中。比如我和壹個人在路的盡頭約會,那個“盡頭”對另壹個人來說可能只是路的開始。如果我加上“在路盡頭後面的廣場”,那麽這個“約會事件”是準確的。有時間因素的事情也是如此。如果我說10年過去了,那麽我必須指出,相對於哪個參照系,10年過去了。很明顯,日常生活中沒必要拘泥於細節。但是誰知道我們將來會不會組織星際旅行或者和外星人交流呢?屆時,時間間隔將不再那麽簡單,我們將感受到時間的相對性。
壹個著名的例子可以解釋這壹切。阿爾法和貝塔是30歲的雙胞胎兄弟,都是宇航員。2000年,貝塔開始乘坐速度為每秒24萬公裏的飛船前往距離地球8光年的星球。以這個速度,Beta來回需要10年。事實是,為了達到期望的平均速度,β在到達目的地時需要加速和減速。因為它們的參照系不再相同,我們可以通過改變運動方向來分離α和β的時間。2020年貝塔回到地球,他將看到阿爾法慶祝自己的50歲生日(大了20歲),而此時對他自己來說剛剛過了12年,他才42歲。這不是智力測試。時間的膨脹已經被壹塊真表測量過了。1971年,華盛頓大學的J.C. Hafele和美國海軍天文臺的Richard Keating兩位物理學家環遊世界,在飛機上測量了四個原子鐘。飛機的速度是無法和光速相比的(相差幾百萬倍)。然而,科學家們證實,他們捕捉到了時間的彈性:在旅行結束時,飛機上的時鐘指示比地面上的時鐘晚59納秒。另外,身高也影響時間的流逝。愛因斯坦的理論表明,時間離地面越近,時間流逝越慢。其實在地下室,時間過得比在大樓頂樓慢。有人計算過,人生如果住在壹樓,可以多活壹微秒。當然,這對長壽來說太微不足道了。
如果時間是壹種度量,為什麽不能像在空間中壹樣前進後退?
穿越未來和過去是科幻小說。正如奧地利數學家庫爾特·哥德爾(Kurt Godel)在1949中證明的那樣,過去的旅行並不被物理定律所禁止,只是條件非常特殊:宇宙要能旋轉(這在現實中是不可能的),時間的追逐者必須以大於71%光速的速度運動。簡而言之,菜單是有的,但是沒有食材。正如物理學家斯蒂芬·霍金所認為的,這可能是大自然保護自己的壹種方式,阻止時間旅行會避免可能出現的悖論,比如遇見自己或者改變歷史。
5.黑洞真的是時間機器嗎?
黑洞提供的壹種可能性是在穿過壹條時間隧道後落入其中,並在過去重現。什麽是隧道?有各種各樣的假設,從反重力到反射世界,再到宇宙的更替。雖然有很多假設,但沒有壹個是可行的。只要想想黑洞的超強引力:時間就像橡皮筋,最後被拉伸,在這種情況下,活著出去是無望的。時間是壹個永久的話題,人們還在探索和嘗試其他的方法。
參考資料:
科學世界雜誌
名人對時間的看法:
聖奧古斯丁:“說到時間,大家都知道是什麽意思,但時間是什麽?如果沒有人問我,我什麽都知道;如果要我解釋~那我就不知道了!
牛頓也解釋過“時間”:“時間是無限的,無論宇宙存在與否,它都運行無阻。”
萊布尼茨推翻了牛頓的說法:“時間只是事件的順序;它不存在”。
愛因斯坦也同意萊布尼茨的論點。他說,“壹旦脫離了人類所評價的事件,時間就不可能單獨存在。”。
在字典中是這樣解釋的:“時間是由過去、現在到未來的壹系列事件形成的連續體”。
這樣看來,相對論中的時間變慢似乎是不成立的,因為時間根本不存在。