时间与我们的生活息息相关:我们日出而作,日落而息;我们回忆过去,享受当下,憧憬未来;我们从幼时的无知到白发苍苍满腹经纶;或者我们一星期前买的面包现已发霉变质,时间无处不在,时间让世界奇妙有趣。
我们在下午的静谧时光里感受着时光的流逝,时间无情亦有情,生命会在时间的长河里消亡又新生,留下历史的痕迹,也留下情感的传递。
那么时间的本质到底是什么?是我们存在于时间?还是时间存在于我们?
带着这样的疑问,让我们走进时间的长流,去探索时间的秩序。接下来,我将通过理解物理世界的时间,理解世界的本质和时间的来源这三方面逐层推进,带大家去探索时间的真相。
第一方面,现代物理学已经理解的时间。
每个人对时间的理解也许都是这样的,从宇宙的形成到现在,整个宇宙中共用同一个时间,时间是统一的,时间的流动更是稳定均匀的,从既定的过去走向遥远的未来。
但是事实可能超乎想象,时间并不是看起来的幼稚样子,它远比我们想象的更加复杂。
接下来,我将通过五点带大家具体了解物理学中时间的样子。
第一点:时间并不是统一的。
每个人所经历的时间是相同的吗?时间其实并不公平。讲一个真实的例子,时间在海拔高的地方要比海拔低的地方流逝地更快,换句话说,如果你恰好生活在平原,那么很开心地告诉你,你将会比生活在高原中的人群衰老得更慢。
甚至时间在运动的物体上流逝慢,静止的物体上流速快。这听起来是不是很惊人,但事实就是如此奇妙,可以说在每个高度上,或者更准确地说在任意一个空间点上,时间的流速都是不同的,如果用钟表测量,只要钟表的时间够精确,每个表都有自己完全独立的时间。
第二点:过去与未来本质的区别。
过去与未来是不同的,我们能感受到时间具有流动性,时间不是一条双向的线,而是有着从过去到未来不同两端的箭头。但从世界机制的基本法则中,过去与未来并无差别,那我们是如何感受到过去与未来是不同的呢?
简而言之是“熵”,一个名为鲁道夫·克劳修斯的教授阐述过这样一条定律:“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”。这是一条注定改写历史的定律,也是唯一一个能把过去和未来区分的定律。克劳修斯教授用“熵”个名字来说明热量的单向不可逆过程。
“熵”会在系统里保持不变或者增加,而且永远不会减少,这就是时间之矢,从过去的低熵向未来的高熵变化。
但这些还不足够说明过去和未来的区别,熵的存在可能是因为我们以一种模糊的方式描述世界。或者说,是因为我们无法认识世界的全部细节,就如同一杯水,我们的模糊视野只让我们认清楚它是一杯水,却无法清楚地看到每个水分子在杯中的运动。如果我们能清楚地认识世界的全部细节,那么过去和未来的差别就会消失。
第三点:我们的当下并不会延伸到整个宇宙。
我们常说“当下”这个词,其实严谨地说,并不存在真正的当下。
举个例子,如果你的姐姐旅游去了比邻星b,距离到地球长达大约4光年,你想用望远镜观察你姐姐当下正在做什么,但存在4光年的距离,你真正看到的也只是你姐姐四年前在比邻星b上做的事情。
所以我们的当下只是一个较短时间的近似,放大到整个宇宙,当下并没有意义。
第四点:时间并不是完全独立存在的。
伟人亚里士多德认为时间是对变化的度量,如果一切不改变,时间就会停止流逝,同样他认为空间就是指某个物体周围有什么。
而伟人牛顿却有相反的结论,他认为时间是真实存在的,独立于事物的变化。即使所有物体都不动,时间也存在。同样,他认为空间也是独立存在,即使空无一物,依旧存在空间。
两位伟人截然相反的论述,他们谁是正确的呢?其实都是正确的,到了这里,就要讲到第三位伟人:爱因斯坦。他结合了前面两个人的观点,发现时空的确存在,但它并不独立于发生的事件。时间其实也是一种“场”,就像电磁场等其他场一样,本质上没有差别,而时空就是“引力场”。它会弯曲、伸展、与其他场相互作用。
第五点:量子引力的发现。
引力场也不是时空的最终结论,随着研究的深入,爱因斯坦发现由于量子力学的存在,引力场也具有量子特性。
量子力学发现的三个基本特性:一时间的分立性,当时间达到最小单位,会发现时间并不会均匀流动,而是从一个值跳向另一个;二时间的不确定性,正如我们无法预测电子在下一刻出现在哪里,过去未来中发生的一切都是具有随机性的;三时间与物理量的关联性,时间不断变化不是指时间永远不会被确定,当引力场与其他物体相互作用时,对于作用的物体,时间会在这时确定下来。
现在我们已经清楚了现代物理学已经了解到的时间,接下来,我们来了解时间的第二方面,世界的本质与时间。
如果时间消失,世界会因此而变得只静不动吗?恰恰相反,世界不会受到时间这一因素的影响,会一直处在不断地变化之中。
其实,世界上存在的所有物体并不是真正的物体,它们只是各种事件,将这些事件组合,整个世界就是事件的网络。
所有的事物都是由简单到复杂的事件构成,一场战争是一系列事件,一个人也是食物、光、信息等进进出出的复杂过程的事件,一块石头,在我们的认知里就是物体,但即使再像物体,它也仅仅是暂时没有变化的事件。作者所研究的圈量子引力方程,正是没有时间变量的。
圈量子理论,是迄今为止学者对世界的理解,但却不是最终的理论。圈量子理论来理解世界,无论是引力场或者其他什么场,其中的基本粒子并不存在空间中,而是形成空间,它们之间的相互作用决定了空间的延展和时间的间隔。
了解了世界的本质与时间的关系,最后我带大家来了解时间的第三方面,时间的来源。
时间如此奇妙,它到底来自何处呢?
世界上的事件得以发生,是宇宙逐渐无序的变化,是万物的各种相互作用混合。
就像一副牌,刚开始牌面是有序的,在洗牌的过程中,牌面逐渐变得无序起来。
事物本身不仅与客观世界有关,也与主体的认识方式有关。
我们每个人都在时间里扮演着重要的角色,时间是我们与世界的相互作用。我们特殊的视角决定着我们以模糊的方式看待这个世界,这并不是世界的真实样子,只是我们自己所能看到的宏观态。而量子的不确定性加重了这种模糊。时间其实是我们对世界无知的体现。
历史会在各地留下痕迹,使它成为历史。而推动世界进程的是熵,而不是能量。能量是守恒的,但是熵确是从低熵不断增加的。太阳是个很好的低熵源,让我们拥有足够的低熵来促进万物生长。而太阳本身则是由更低的熵形成。我们也许属于世界的一个特殊子集,与世界的其他方面相互作用会导致熵的增加,过去和未来会区分开,时间会流动。
到这里,相信大家都对时间有了更深的认识,我在这里简单做个总结:
首先,时间并不是印象中那般均匀、统一、有序的,它在世界不同的点上有自己的固有时。真正的当下并不存在,熵决定着时间之矢的方向,时空其实是引力场,而引力场的量子特性已经得到理论的论证。
其次,就算时间消失,世界也会处在不断的变化中,时间是事件的网络。
最后,时间是我们作为人这个特殊的小系统,用自己的视角模糊的方式看待世界,时间是我们与世界的相互作用结果。