时间到底存在吗?如果你在网上搜索,得到的结论大部分是时间并不存在!

关于时间到底存在不存在,本身并不是物理学的范畴,而是属于一种对语言泛式的解读。

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当我们经常被物理学中譬如光速不变,时间膨胀,量子纠缠等反常识观念颠覆时,或许会慢慢习惯,所以对于“时间并不存在”这样的反常识观念也会欣然接受。而本期内容将用十几分钟的时间帮助你反颠覆,告诉你,或许常识有时也是对的,时间是客观存在的。

首先,在我们深入时间的本质时,先思考一下时间来自哪里,现代物理学已经明确告诉我们,时间来自宇宙大爆炸,也就说在宇宙大爆炸之前,没有时间。当宇宙大爆炸开启的那一刻,时间仿佛就不可避免的出现了单一的方向,且无法逆转。

大爆炸之后的宇宙,只有以光速运动的基本粒子,比如光子和胶子,它们的时间是静止的,也就说,时间对于光子和胶子来说没有意义,诞生即毁灭。所以要让时间真正失去意义,要么就是不存在一切的大爆炸之前,要么就是以光速运动的基本粒子。而这两种情况本质来说都是无变化状态。

所以时间对应的语境本身就是变化,有变化才有时间,无变化,则不存在时间。

但是要记住,宇宙中的任何时空发生的事件对于观测者来说,不存在绝对静止的存在。

即便是处于宇宙深空中的真空区域,也存在宇宙背景辐射和量子涨落。宇宙中没有绝对真空的存在。任何区域都有变化在进行。

所以宇宙中任何事件对于观测者来说都需要用变化来度量,度量的本身就是时间。

而对于达到光速,时间静止的说法,这只是针对光子本身而言的,对光子来说,时间静止,宇宙不存在变化,一切都是静止的。

而所谓的光线红移是针对非光速运动的观测者来说,对光子本身来说,不存在所谓的红移。

这时候有人就可能疑惑了,明明光线红移是确定发生的事实,为什么对于光子本身来说不存在红移。我们接收到遥远星系发出的光,几乎都出现了红移现象。红移难道不是光子本身发生变化才导致的吗?

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其实这就是对狭义相对论典型的误解造成的。这个问题类似于双生子佯谬。

我们都知道,速度越快时间越慢,这个时间变慢是针对观察者来说,这里要注意的是,这个观察者是针对非自身的参考系。

对于双胞胎来说,一个留在地球上,另一个乘坐宇宙飞船高速远离地球。而不管是留在地球上的弟弟,还是乘坐飞船的哥哥,他们都无法感受到自己的时间流逝有任何变化。而只有留在地球的弟弟观测宇宙飞船中的哥哥时,才发现哥哥的时间相对自己变慢。各自的时间流逝快慢是通过对比才体现出来的。

这里面的时间变慢是真实发生的,并不是视觉效果。

现在很多人关于双生子佯谬最大的疑惑是,为什么乘坐飞船回来的哥哥会变得更年轻,而不是留在地球的弟弟。

关于这个问题,最常见的一种错误解释是,因为乘坐飞船的人要回到地球,会经历减速和加速的过程,这种变速运动就等同于加速度,而加速度在等效原理中又等同于引力场,所以是引力场造成乘坐飞船的人的时间变慢了。

这样的解释就强行将双生子佯谬问题拓展到广义相对论了,事实上,广义相对论的引力场造成时间膨胀在双生子佯谬中的确发挥了作用,但这并不是主因,主因还是在狭义相对论的框架内。

如果只解释“悖论”本身,双生子佯谬只需用闵可夫斯基空间就能解决,完全无需广义相对论。当然如果涉及实际计算的过程,肯定需要广义相对论参与,毕竟涉及到变速问题。

在闵可夫斯基几何中,纵坐标为时间t,横坐标为空间x,要注意这个x代表的三维空间,视频中的二维坐标只是为了简化表述。所以坐标中的AB两点代表的是时间和空间上的两个事件。而AB两点的连线代表的并不是距离,而是AB两个事件之间经过的时间,用字母E表示。

如果AB的连线是直线,那就表示AB两个事件之间以恒速进行,也就是同属惯性系。

但是这里要注意,由于闵可夫斯基空间采用的是相对论框架,所以AB两点的时间并不是绝对的,而是相对的,所以B减A,并不是AB两个事件的时间差。

而如果一个人站在a点不动,仅随着时间的流逝到达b点,那这时候B减A就是这个人静止不动经历的时间差。而如果涉及到太空旅行,从a到b,涉及到的时间差,就不能用勾股定理来计算,这个时候x²+t²就不等于E²!

而正确的表述方式是E²=t²-x²。

当然很多人对这个公式看不懂,首先单位对不上,另外这明显违背勾股定理。

而事实上,时间t是相对的,是和空间密切关联的,并非二维坐标表现的这样。公式只涉及定性分析。定量分析则需要考虑量纲问题。

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从这个方程中就可以看出,如果一个人在空间上的旅行越长,那x的平方就越大,经历的时间E也就越少。

为什么会这样呢,其实本质还是由于光速不变导致的。

光速等于经历的空间除以时间。光速不变就意味着,在空间移动的越多,时间只能通过膨胀,来维持光速恒定,所以时间就会变慢,相对于经历的时间就会变少。

而对双生子佯谬来说,留在地球上的人的闵可夫斯基几何图形是左边,而乘坐飞船的人的图形是右边。所以乘坐飞船的人的空间旅行更长,时间也就变得更慢。

在简单的二维时空坐标中,可以轻易解决双生子佯谬的问题,如果将其拓展到真实的四维时空中,就可以表示广义相对论的时空弯曲带来的时间膨胀效应。有质量的天体会弯曲周围的时空,弯曲的结果就是引力效应。

即便物体不运动,但处于弯曲时空坐标内的物体,经过的空间也会增加,E²变小,从而导致时间变慢。

事实上,不管是速度造成的时间膨胀,还是引力场造成的时间膨胀,本质都是由于处于时空线的事物经历的空间变长,该事物完成一个周期,比如新陈代谢的时间也会随之改变,所以对于更低速,更弱场的第三方观测者来看,他的时间就变慢了。

要注意,对于时间膨胀的自身者来说,他自身是无法察觉到任何时间上的改变,也感受不到自身细胞新陈代谢变慢。因为他自身和所处的环境处于同一参考系,相同的参考系,时空规律是一样的。

所以仅从相对论的角度来看,时间是对变化事物的度量。变化的快慢由速度和引力场决定。

而速度和引力场的本质是时空线造成的。

时间和空间因光速不变被捆绑成一体,空间记录了事物变化的程度,而时间记录了事物变化程度的快慢。

说到这里,我相信很多人已经茅塞顿开了,我们再从微观和熵增的角度来看时间的本质到底是什么?

我们常常用熵增表述时间的不可逆,这主要是因为一个熵系统内包含无数个微观粒子,一旦开始计时,系统内的各个微观都开始做无规则运动(或许有规则,但无法精确预测),对于单一微观粒子来说,时间或许没有方向,因为单一微观粒子或许可以回到起初状态,但是整体的系统却总是从有序到无序演变,混乱程度只会越来越大。所以时间貌似有了方向。

但事实上,单一微观粒子也无法回到上一秒的状态。宇宙中没有绝对孤立的系统,任何微观粒子都需在空间中运动,即便一个微观粒子只是重复的做简谐运动,那它所处的空间也在不断膨胀,即使粒子的各种参数回到上一秒的状态,那所处的空间也无法回到过去了。

说一千道一万,时间的本质就是对变化的度量,而变化没有孤立系统,过去某一时刻的变化再也无法完全重现。

变化之间最小的间隔是普朗克时间,任何事物在相邻普朗克时间内不可能绝对相同,这种不同就造就了时间。

所以时间的语境就等效于变化。两者没有任何区别。

记录变化需要一个度量衡,如今我们将铯-133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁相对应辐射周期的9192631770倍所持续的时间定义为一秒。

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如果你执意认为时间不存在,那要表达一个小时,那就得说铯-133辐射周期多少倍了。

说时间不存在,就如同说温度不存在,基本作用力不存在一样的道理。

因为温度的本质是微观粒子运动的剧烈程度,基本作用力的本质是变速运动现象。

这种名词解释我之前就讨论过,有人认为力并不存在,因为力是抽象的,而真实存在的是物质的相互作用。

对于这种观点,我必须重新解释一遍,首先是先有相互作用,我们为了简化描述这种相互作用的表达语境,所以发明了一个词,也就是力。所以一说到力,自然而然对应物质相互作用这种现象。人们也不能无聊到发明一个空洞而毫无意义的名词。引力,电磁力,弱力,强力这些词本身就是某种相互作用的简称而已。纠结这些只会陷入语境悖论之中。

如果按照力并不存在的逻辑,那我可以说张三不存在,因为张三的本质是微观粒子特定序列组合成的肉体。这种序列的肉体是真实的,而张三并不存在。

没有变化就没有时间,时间就等同于变化,所以当我们一说到时间,自然而然的就是在说变化现象,没有脱离变化的时间,时间不仅仅是发明的一个名词,而是被赋予变化的内核。而变化有无数种,比如超新星爆发,日出日落,潮汐潮落。为了统一简化描述所有变化现象,我们发明了时间一词,泛指各种变化现象。所以说,时间不存在的观点,是无聊且乏味的。