“时间” 的本质是什么?21
本系列文章预计会有30个章节,这套文献将系统讲物理学系统本身,这里是第九季第21篇
--预计阅读7min--
Hello,大家好,这里是Masir的物理学第九季专栏,本篇开始我们来聊聊有关时间的话题,我们会由浅入深仔细谈谈“时间。
“在我们这个宏观世界中,时间就是一切,如果我们掌握时间就可以掌握一切,想通了时间运行的机制,那么我们做任何事都会所向披靡。”
这句话是我在物理学专栏第二季的时候写的,不过现在看来这句话不够严谨,应该说是从物质角度来说。我们人类所能掌握时间机制无非就是时间管理,提升效率。
但是从物质本身来看,物质会随时间的演化过程消散,这犹如熵增,美好的事物总会消逝,包括你我。如果物质本身能运行时间倒流的机制,那么真就是——永恒。
可,时间与空间是整个宇宙的难题,理解它们谈何容易。
好在于,从宏观角度来看,时间给了我们一切物理的运行规律的感觉。
没错,是感觉。
你看,当你用键盘打字的时候,每一个键盘按下去之后都有一个时序,这个时间线的排布方式就是,你按了键盘,键盘的触电接触了矩形按钮,按钮触发了电路通断,通断让键盘的主芯片接收到通断信号通过蓝牙传递到电脑蓝牙USB接收模块,蓝牙接收模块又通过复杂的其他电路模块最后传到电脑CPU ,CPU再让显卡经过一系列动作显示在液晶屏。
硬件是如此,软件也是如此,甚至我们打开网页所触发http请求也是一样的机制,我发出请求,你给出响应,即使是瞬时完成也是有先后的。
在古代,其实时间的概念是模糊不清且又神秘莫测的。
希腊人认为时间都是有周期的。古希腊的柏拉图提出“理念”是永恒的,就需要有一个与永恒对应的“时间”。
所以,时间是“永恒”的“映象”。柏拉图说,造物主给“永恒”创造了一个“动态相似物”——“时间”。时间不停地流逝,模仿“永恒”;时间无始无终,循环流逝。
而对时间重要性的认识,则是亚里士多德在对物体运动的研究中发现的。
亚里士多德认为,时间是运动的计数;时间是运动持续的量度;时间是循环的;时间的出现,使对运动的测量成为可能,使我们可以区分快、慢和静止。
虽然亚里士多德并没有把时间作为一个抽象的数量参数,但他认为“时间就是运动”的观点极具突破性。
孔子说,时间像流水一样,日夜不停。
《论语》:“子在川上曰:逝者如斯夫,不舍昼夜。”
中国古人相信时间有周期,但不是简单地重复,年年岁岁花相似,岁岁年年人不同。
那么,到底什么是时间?爱因斯坦说,时间是我们根深蒂固的幻觉。
时间具有两个基本性质,测度性和流逝性。
首先把时间测量和运动定律联系起来的是大数学家欧拉,他说:“如果以某个给定的循环过程为单位时间,而发现牛顿第一定律成立的话,这个过程就是周期的。”
法国科学家庞加莱在《最后的深思》一文中认为:“时间必须成为可测量的东西,不能被测量的东西不能成为科学的对象。”
物理学的理解很简单,时间就是计时。
精确的计时其实都暗含一个重要假定,就是修定了周期性运动的存在。时间的存在,其本身也许就暗含了周期性运动的存在。
当我们说时间是均匀流逝的时候,这也暗含了一个假定,至少存在某种周期性运动,它的周期不变。几乎所有的周期性运动的周期在相互比较之下,都是不变的,这是一个基本物理事实,至少在所谓惯性参照系中是成立的。
时间的这个特点确实是一个奇迹,也就是说,时间真的是均匀流动的。
也许只有物理学家和学习过物理的人才知道,时间的均匀流逝还有一个重要后果,那就是能量守恒。
中山大学教授李淼在他的著作《三体中的物理学》一书中写道:“时间是一切物理学理论的基础。为什么?我们不知道答案。”
综合上述可以看出物理学家,至今都没有理解时间的本质到底是什么。也许是影响时间定义不明确的是微观世界中那个鬼魅般的光子罢了!
那么,时间到底是什么?
时间是物理学中的一个基本概念,但对其本质的理解和描述在不同的物理学理论中有所不同。以下是站在物理学角度对时间的几种不同看法:
1. 经典力学中的时间:在牛顿的经典力学中,时间被视为绝对的、均匀流动的,并且与空间完全独立。它是一个一维的参数,与事件发生的顺序一一对应。
2. 相对论中的时间:爱因斯坦的相对论改变了我们对时间的看法。
在特殊相对论中,时间与空间混合在一起,形成了四维的时空结构。时间的流逝取决于观察者的运动状态,这被称为“时间膨胀”。换句话说,两个不同速度的观察者会观察到不同的时间流逝速度。(下篇谈谈)
3. 量子力学中的时间:在非相对论性量子力学中,时间仍然是一个绝对参数,但它与量子系统的演化紧密相连。舒尔定式和海森堡定式都提供了描述系统随时间演化的方法。
4. 热力学和统计物理中的时间:在这些理论中,时间的流逝与系统的熵增有关。
时间的箭头通常与熵增的方向一致,意味着宏观系统总是朝向更高的混乱度演化。
5. 量子重力和弦理论中的时间:在试图结合相对论和量子力学的理论中,时间的概念变得更加复杂。
在某些理论中,时间可能不是基本的,而是从其他更基本的概念中“涌现”出来。
6. 宇宙学中的时间:在宇宙学中,时间从大爆炸开始流逝。宇宙的年龄和宇宙历史的不同阶段可以通过对时间的研究来理解。
综上所述,时间是一个复杂且多层次的概念,不同的物理学理论为我们提供了不同的时间视角。关于时间的本质,尽管有许多理论和想法,但仍然存在许多未解之谜。
总结:
时间很复杂,物理很神奇,专注好当下,体验每一天。
好,本篇就到这里,下篇继续~
Masir 2023/10/18
于东莞
祝幸福~
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