不知道大家有没有想过这样一个问题,我们生活中的时间真的存在吗

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时间一晃而过 抓也抓不住

尽管大家为了赶时间而不停地奔波,但是它有没有可能是人类记忆功能产生的一种错觉呢?

来看看科学家的最新发现,刷新你对时间的认知

相对论中的时间

在爱因斯坦的相对论中,时间是一种相对的存在,也就是说,时间会因为观察者的相对运动状态和观察位置的不同而有所变化。

根据相对论的理论,当一个观察者相对于另一个观察者以不同的速度运动时,时间对于这两个观察者将会变化,这种变化被称为时间膨胀效应

假设有一个双胞胎,其中一个坐在地球上不动,另一个在太空中坐着飞船,飞船以1/2倍的光速移动。

时间膨胀效应图示

从飞船上的双胞胎的角度来看,她的姐妹在时间上会变得更慢,因此当物体移动时,空间和时间都会相对于静止的参考系发生变化。

当飞船双胞胎返回地球时,她会发现她的姐妹已经变老了,而自己却看似没有变化

这是因为在飞船上的双胞胎经历了比地球上的双胞胎更少的时间,由于物体的速度越快,时间膨胀的效应越强烈。

这意味着,如果有两个观察者,其中一个观察者相对于另一个观察者静止不动,那么运动的观察者经历的时间将会更长。

这种效应在高速的太空飞行中特别明显,其原因在于光的固定速度不变性

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太空飞船

霍金根据爱因斯坦的广义相对论提出,宇宙的时间是有起点的,由大爆炸开始。

大爆炸理论是现代宇宙学的基础,也是相对论和量子力学相互作用的连续产物。

大爆炸模型认为,在宇宙起源时刻,它是一个非常小而致密的点,所有物质和能量都集中在这个点内。

宇宙由奇点爆发物质而诞生

接着,这个地方产生了一个爆炸,导致宇宙在空间与时间上的扩张,一直延续至今。

这种初始爆炸和扩张的理论解释了观察到的宇宙背景辐射以及宇宙中物质和能量的分布,例如,暗物质和暗能量等。

因此,在大爆炸理论中认为宇宙的时间起点是在宇宙起源的时刻,即宇宙大爆炸的时刻。

宇宙大爆炸

虽然更多研究需要进行,以完善我们对宇宙的认识,但几乎所有的宇宙学家和现代物理学家都普遍认同大爆炸理论,并将这个理论作为研究宇宙演化的基础。

那么在大爆炸之前呢?霍金认为,此前的时间毫无无疑,我们不需要也没有讨论的价值。

所以,时间只是人类记忆的一种错觉,衡量事物变化的相对尺度。

维度空间的时间

在不同的概念当中,时间的存在形式也有不同,比如弦理论所提出的维度空间,又将我们对时间的认知提升到了新的高度。

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维度空间概念图

维度空间中的时间是一个复杂的概念,它需要一些背景知识才能够完全理解,今天仅仅是对其简单的概述。

在物理学中,我们经常使用四维时空概念来描述这种时间。

这个概念是指,我们不再只是使用三个维度描述空间,而是加上一个额外的时间维度。

这个源自爱因斯坦提出的观点,他认为时间和空间是相互依存的,而在描述相对论时需要使用四维时空。

在物理学中,四维时空的坐标是(x, y, z, t),其中t表示的是时间

四维空间坐标轴

这个坐标系被称为Minkowski空间,我们使用它来描述物体在空间和时间上的位置,每个物体在四维时空中的位置被称为“事件”。

五维空间中的时间更加复杂,它包含了同一事物在不同变化状态下的所有可能的集合。

假如一个人的一生是一条时间轴,那么在五维空间当中,就包含了这个人一生可能经历所有可能性的所有时间轴。

然而,需要注意的是,时间在维度空间中并不是一个与空间维度相同的存在。

相对论告诉我们,时间和空间之间是互相影响的,这意味着运动和重力等因素会导致时间的变化。

爱因斯坦与相对论

因此,维度空间中的时间比大家想象的要复杂,它不仅与空间有关,还由运动和重力等因素影响着。

时间和引力的关系

尽管时间只是一个相对的概念,但是它实际上和很多我们熟知的东西都有关系,比如引力。

据广义相对论,物质通过弯曲时空来产生引力,这种时空的弯曲使得时间也随之产生变化

空间扭曲

强引力场中,物体的运动轨迹和时间延迟都会有显著的变化,而这种现象被称为时空弯曲。

简单地说,引力场会影响时空的弯曲,而时空的弯曲则会进一步影响引力场。

黑洞是人类已知的目前宇宙最强引力天体,它所造成的时空弯曲使得光都无法从中逃脱

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时空弯曲

由于强大的引力作用,以至于时间会变得非常缓慢,以至于我们普通人难以想象。

因此,对于黑洞中的观测者来说,时间是不同于宇宙其他地方的,它似乎被“冻结”了。

此外,相对论的理论模型表明,在黑洞的事件视界内部,引力场的强度趋近于无穷大,这意味着时间,空间和物质统一体的数学模型已经无法描述。

我们也称这个事件视界为洛希极限,洛希极限就是光线最大停留下来的半径

在洛希极限范围外,事件的发生和运动已经不受时间和空间的约束,时间已经失去了它的意义。

洛希极限概念图

总的来说,时间也许真的不存在,但不管它是不是人类记忆产生的错觉,这对于我们来说都很重要。

时间的重要性

上世纪,科学家为了试验人类和时间的关系,专门将一位志愿者送到暗无天日的地下生活。

在此期间,志愿者不准接触任何能够感受到时间的东西,也不被任何人告知时间。

起初这位志愿者生活得十分惬意,可几个周之后,她的生物钟变得混乱,全然凭感觉吃喝。

到了最后,她的精神快要崩溃了,身体也扛不住,最终只能被迫停止试验

实验者史蒂芬妮

时间是人类日常生活中的一个重要参考标准,任何计划和活动都需要有一个时间框架,时间是更高效组织时间安排和人力资源分配的基础。

时间也是人类情感体验的一部分,人们的感受、情感和记忆都建立在时间的基础之上,成为了人类生活中不可缺少的一部分。

时间更是推动人类文明进步的重要驱动力,人类能够发展、创新、探索以及在知识、技术和文化上取得重大成就,正是因为我们能够测量和掌握时间的概念。

最后,时间是可贵的资源,我们的生命是有限的,为了充分利用我们的生命时间,我们不得不高度珍惜我们所拥有的每一刻时间。

我们依靠钟表感受时间的流逝

不被浪费的时间才有意义,我们应当利用好每一刻可以利用的时间,将有限的人生发挥出无限的价值

参考资料

[1]、高维峰. 初探物理量的零时间存在态问题.《 VIP 》

[2]、孙作江,朱南. 两个非常测物理量的测量—非弹性碰撞的时间及平均冲力的测量.《 VIP 》

[3]、陈毓华. 试论位移-时间图像的科学性.《 WanFang 》