物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

時間在物理學領域無疑是一個非常複雜的話題,並且有人認為時間實際上並不存在。他們承認的一個普遍的觀點是愛因斯坦證明了一切都是相對的,所以時間也顯得不那麼重要。暢銷書《秘密》(The Secret)的作者在書中寫到: ‘’時間只是一種幻覺‘’。他所言是否真實?時間難道只是存在於我們的想象中嗎?

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

圖源:華蓋創意(Getty Images) 攝影:比利·柯里(Billy Currie)

在物理學家的論述中,毫無疑問,時間確實存在。這是一個可以測量和觀察到的現象。物理學家們只是在造成這種存在的原因以及時間存在又意味著什麼上有些分歧。事實上,這一問題與劃分形而上學和本體論(存在哲學)兩者領域的邊界是一樣的,就像它對物理學所能解決的關於時間的嚴格經驗問題一樣。

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

時間與熵之箭

‘’時間之箭‘’一詞是由亞瑟·艾丁頓(Arthur Eddington)爵士在1927年提出,並在1928年出版的《物質世界的本質》(The Nature of the Physical World)一書中得以推廣。時間之箭最基本的觀點是,時間只向一個方向流動,和沒有優選方向的空間維度不同。Eddington就時間之箭提出了三個具體觀點:

它可以被意識生動地識別。

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

依據我們的推斷,時間箭頭的反轉會使外部世界變得毫無意義。

它除了出現在研究由許多個體組成的組織外,並沒有在物理科學中出現過。在這裡,時間箭頭指示了隨機元素逐漸增加的方向。

前兩點當然也很有趣,但第三點才抓住了時間之箭的物理意義。時間之箭的顯著特徵是,根據熱力學第二定律,時間指向熵不斷增加的方向。在我們所處的宇宙中,事物的衰敗是一個自然的、基於時間的過程;不過,如果沒有進行大量的工作,它們就不會自發地恢復秩序。

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

Eddington在第三個觀點中提到的還有一個更深的層次,但他說‘’它在物理科學中沒有出現過除了……‘’這是什麼意思?時間可是在物理學中無處不在的!

觀點當然是正確的,但奇怪的是,在物理定律中‘’時間是可以逆轉的‘’,也就是說,如果宇宙反向運轉,定律本身也同樣適用。所以,從物理學的角度看,沒有真正的理由可以闡明為什麼時間之箭必然向前發展。

有個最常見的解釋是,在非常遙遠的過去,宇宙高度秩序(或者說宇宙是低熵的)。因為這種‘’邊界條件‘’,在自然法則下,熵不斷增加。(這是Sean Carroll在2010年出版的《從永恆到此處:對終極時間理論的追求》( From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time)一書中提出的基本論點,其中他也進一步指出了宇宙為何從高度有序開始的一些可能解釋。)

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

《秘密》和時間

對於相對論和其他與時間有關的物理學理論的討論所傳播的一個普遍誤解是,時間實際上根本不存在。這在很多通常被歸為偽科學甚至神秘主義的領域都出現過,但我想在本文中討論出現過的一個特定的情況。

在暢銷的這本自助書(以及影片)《秘密》中,作者提出了一個概念——物理學家證實了時間不存在。思考一下該書‘’如何使用秘密‘’一章中‘’需要花費多長時間?‘’ 部分的幾行句子:

‘’愛因斯坦告訴我們時間只是一種幻覺。”

‘’量子物理學家和愛因斯坦告訴我們,一切都在同時發生。”

‘’宇宙沒有時間,也沒有大小。”

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

依據大多數物理學家(尤其是愛因斯坦!)的論斷,上述三種說法都是絕對錯誤的。時間實際上是宇宙不可分割的一部分。按前文所述,非常線性的時間概念與熱力學第二定律緊密聯絡在一起,而在物理學中,這一聯絡在許多物理學家看來是極為重要的。沒有時間作為宇宙的“不動產”,熱力學第二定律就變得毫無價值。

愛因斯坦透過相對論證明了時間本身並不是一個絕對數量。確切地講,時間是和空間以非常精確的方式結合,形成時空,而這個時空是一種絕對的衡量;同樣地,可以透過非常精確的數學方法來確定處於不同位置的不同物理過程之間如何產生相互作用。

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

然而,這並不意味著一切是同時發生的。事實上,基於愛因斯坦提出的方程(比如E=mc^2),他堅信沒有什麼資訊傳播方式比光速更快。時空的每個點在與其他時空區域通訊的方式上都會受到限制。一切都在同時發生的這個論斷與愛因斯坦得出的結果完全相反。

在《秘密》這本書中出現了這個錯誤和其他一些與物理學理論不符的觀點,我們是完全可以理解的;因為這個問題本身非常複雜,物理學家們也不一定完全明白其中的奧義。但是,沒有完全地理解並不意味著一點也不理解,也不意味著他們所撰都是不真實的。他們當然不會這樣。

轉換時間

李·斯莫林(Lee Smolin)在2013年出版的《時間重生:從物理學的危機到宇宙的未來》(Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe)一書中證明了對時間的理解的另一個複雜因素。他認為,科學(正如神秘主義者所宣稱的那樣)確實將時間視為一種幻覺。從根本上講,時間是一個實量;並且如果認真研究,我們將發現隨時間而演化的物理定律。這一觀點能否真正地產生對物理學基礎的新見解,還需拭目以待。

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

相關知識延伸閱讀

時間膨脹是一種物理現象:兩個完全相同的時鐘之中,拿著甲鐘的人會發現乙鍾比自己的走得慢。這現象常被說為是對方的鐘“慢了下來”,但這種描述只會在觀測者的參考系上才是正確的。任何本地的時間(也就是位於同一個座標系上的觀測者所測量出的時間)都以同一個速度前進。時間膨脹效應適用於任何解釋時間速度變化的過程。 在阿爾伯特·愛因斯坦的相對論中,時間膨脹出現於兩種狀況:

物理學領域中,時間是真是幻?它又指向何處?

在狹義相對論中,所有相對於一個慣性系統移動的時鐘都會走得較慢,而這一效應已由洛倫茲變換精確地描述出來。

在廣義相對論中,在引力場中擁有較低勢能的時鐘都走得較慢。這種引力時間膨脹效應在本條目中只會被略略帶過,在主條目中會有更詳細的討論。

參考資料

1。Wikipedia百科全書

2。天文學名詞

3。 thoughtco-木樨- Anne Marie Helmenstine

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯絡作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

頂部