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“時間”是什麼?

什麼是“時間”?

一些看似不證自明的概念,其實僅僅是認知侷限下的偏見。

“時間”是什麼?

自古以來,人類探究“對時間的感知”,要比探究“時間的本質”,更多。但是今天,我們要從時間的物理本質出發,瞭解到最聰明的物理學家,為我們展現了一幅怎樣的時間圖景。

本文共約3424字,建議閱讀時間8分鐘,你將獲得:

  • 打破陳舊的認知,理解“愛因斯坦時空觀”
  • 瞭解到“現在”的概念在宇宙尺度下的意義
  • 體會到時間的本質僅僅是“事件的關聯”
  • “因果關係”在微觀視角下的坍塌
  • 時間與意識的關係,以及“時間控制法”

本文極有可能顛覆你對時間的認知,建議認真閱讀、思考。

所謂“觀念不破不立”,我們最先要破除的,就是“時間在宇宙中均勻流逝”的錯誤觀念。

無窮的空間為“宇”,無窮的時間為“宙”。

愛因斯坦時空觀

我們需要先考慮另一個問題看似不相關的問題——“太陽和地球之間沒有任何東西,怎麼就能相互吸引呢?”

愛因斯坦找到了一個合理的解釋,他猜想太陽和地球之間並沒有直接吸引,而是分別對它們周圍的事物產生了作用。周圍有什麼呢?只有時間和空間。

也就是說,愛因斯坦認為,太陽和地球“改造”了周圍的時空,進而影響了天體的運動,使它們看起來像被彼此吸引一樣。這其實就是“廣義相對論”。

“時間”是什麼?

廣義相對論的思想精髓,一言以蔽之,叫做“引力即時空”。

空間被改造成什麼樣了呢?下面這個小實驗,就很好地幫助我們理解一個大質量的天體對周圍空間的改變。你看,大球與小球之間並沒有什麼引力,但看起來卻好像被吸引一樣,這就是被彎曲的空間,地球其實是在被太陽彎曲後的空間中“走直線”

“時間”是什麼?

時間連同空間一同被彎曲

時間也同樣被改造了。離天體越近,時間流逝越慢。而且,質量越大的天體周圍,時間過得越慢

比如,黑洞是質量極大的天體了,在它的周圍,時間過得非常之慢,以至於在邊界處(稱為“視界”),時間是完全靜止的!



黑洞周圍的時間非常之慢

太陽,其實是屬於質量比較小的恆星,所以在太陽的周圍,時間過得比較快,這就使得我們人類文明的科技可以快速地發展;而如果在一顆超大質量的恆星周圍,時間過得就很慢,文明和科技就很難快速發展起來。

所以,嚴謹地講,山頂上的時間要比海底的時間過得快一些,你頭頂的時間要比腳底的時間過得快一些。

那麼,為什麼天體周圍的時間會變慢?

原因還是“空間的扭曲”,天體把周圍的空間“壓縮”了。通俗地說,比如原來10米的距離被壓縮到1米,這就導致一個光子透過1米距離其實在跨越10米,而由於光速不變,因此需要耗費10倍的時間;同樣的光速下,運動更慢了,這在我們看來,這就是時間變慢了。

所以,時空不可分,時間就是空間

“時間”是什麼?


時間與空間不可以分開考慮

時間的流逝取決於空間,我們姑且用一個不嚴謹但容易理解的簡單公式來表示一下吧——

t = t (x,y,z)

“現在”的概念只在區域性有效

假設有一顆“比鄰星b”,距離地球4光年,你的朋友“小愛”住在這顆星球上,你很想她,所以你很想知道——“她現在在做什麼呢?”

要知道,我們以最快的速度(光速)向比鄰星傳播一條訊息,需要4年,等她回覆訊息說“我現在在玩呢”到地球后,又要4年。那麼,我們是不是可以說,“小愛”回覆我們時說的“現在”,就是4年後呢?

不可以。在比鄰星b上,並不存在一個特定的時刻,與“現在”對應

如下圖所示,回覆訊息的時間可能是a、b、c中的任意時刻,我們唯一肯定的,就是回覆訊息比發訊息晚,比收訊息早。所以,比鄰星b上的“現在”是一個時間段,這個時間段長達8年。

“時間”是什麼?

如果你從瀋陽打電話問住在深圳的朋友,“現在在幹嘛”,這個現在的概念是成立的,因為它對應的時間段實在太短了。

所以說,我們的“現在”不能延伸到整個宇宙,它只是我們周圍不遠處的一個氣泡。這個氣泡的大小取決於我們的時間精度,如果用納秒,“現在氣泡”大約直徑幾米;如果用毫秒,“現在氣泡”就有幾千公里了。

所以,“現在的宇宙”是沒有意義的

有意義的只是事件發生的先後順序,比如“先發送訊息,後接收訊息”。

我們只能知道,事件B發生在事件A之後,事件C也發生在事件A之後,但是,我們不能知道任意兩個事件的前後發生順序,這種時間結構稱為“時間的偏序結構”(而非“全序”),這就是我們人類認識的宇宙時間模型

世界是“關聯的事件網”

鋪墊至此,可以引出一個可能很多人沒有聽說過的結論——

“在物理學中,其實完全沒有必要在諸多變數中單獨挑出一個變數,然後把它命名為時間”。

怎麼這樣講呢?

“時間”是什麼?

我們研究物理量 f 和物理量 g 時,通常都要在時間維度上進行表示,然後分析兩個物理量之間的關係——

f(t) ~ g(t)

可是,其實我們沒有必要非要藉助時間 t 啊,我們只需要瞭解事物之間的變化——

f ~ gf(g)

“量子引力”的基本方程就是這樣,不包含時間變數

從這個角度講,“時間”並不是真實存在,它只是人類創造的一個便於理解世界的中間變數;真正存在的,只是事物之間的關聯。

這個世界,是一個相互關聯的事件網路,其中的變數遵循機率法則。

“時間”是什麼?

因果關係的坍塌

在地球人類看來,萬事萬物有因有果,事件 f 與事件 g 存在關聯,而且 f 發生在 g 之前,那麼,f 就是 g 的原因,畢竟,原因發生在結果“之前”呀。

這裡,咱們再深入思考一下,如何能確定“之前”還是“之後”呢?

比如,咱們手裡有一副撲克牌,前26張是黑色的,後26張是紅色的,現在咱們洗一下牌,你能區分出“洗牌前”和“洗牌後”的牌嗎?

“時間”是什麼?

當然。洗牌以後,牌的順序變亂了。

這就是“熵”的概念。洗牌前比較有序,稱為“低熵”;洗牌後比較亂序,稱為“高熵”。

從低熵到高熵,這就是時間的順序,這就是時間的先後。

但是,玻爾茲曼(Boltzmann)指出了我們都忽視的一個重要的問題:

我們認為的有序和無序,是基於我們關注的僅僅是“紅與黑”的顏色,而如果我們觀察每張牌的全部細節的話,那麼,每一種排列都是特殊的、獨一無二的。

所以,所謂的熵,只是因為我們以一種“模糊的方式”描述世界

因為我們觀察事物太宏觀了、太模糊了,所以才有了時間的概念,才有了因果的邏輯;如果我們觀測微觀事物,那麼過去與未來的區別就會消失,原因與結果之間也沒有任何區別。

所以,在基本物理法則中,準確地講,不涉及原因與結果,只涉及“規律”,而這些規律,無論是“從過去到未來”,還是從“未來到過去”,都正確。

換言之,基本物理法則,是關於時間對稱的。時間並沒有方向性。

“時間”是什麼?

時間與意識

文章的最後,咱們從主觀角度,談一談“人類頭腦中的時間”。

儘管物理學幾乎就等於直接在告訴我們——“時間根本不存在,時間只是人類的幻覺”,但是,人的主觀意識感覺到的,卻是“實實在在的時間的流逝”。

而且,時間在意識之中的流逝速度,明顯不是線性的,而是具有“極強的非線性”。

比如,睡眠8小時,醒來之後體感上其實只過了幾分鐘而已;昏迷幾天,醒來後感覺也就好像只有一瞬間;而有些事情,回憶起來總覺得過了很久,比如與愛人的甜蜜時光,或是一場緊張又興奮的演講,或是重要的高考考試。

“時間”是什麼?

時間就是記憶。沒有記憶就沒有時間感。

密集而深刻的記憶,就等於更長的時間

再清楚點兒說,意識運動得越快,時間流逝得越慢

現在你知道,為什麼同樣的時間裡,有的人能做更多的事情了;現在你知道,所謂的每個人都公平地擁有一天24小時,而其實,控制好意識,保持清醒的頭腦,一天的時間,帶給你的,可能會遠超24小時。

所以,時間控制其實是意識控制

“時間”是什麼?

所以,我們就知道如何控制時間了。這裡介紹三種“思維工具”,可以提升意識速度,獲得更多的時間:

一、有一種很厲害的思維工具叫“頭腦預演”,就是在頭腦中模擬即將到來的行動,這樣對於你的意識來說,就相當於經歷了很多次的行動,時間在不經意間就得到了擴充套件,科學家已經證明了這種行為的有效性,甚至對於體育運動都有奇效;

二、警惕"無意識無思考"的活動。最簡單的例子就是“看影片”了,一定要謹慎對待影片這個東西,可能許多人已經認識到這個問題了,當我們在看影片時,大腦幾乎都不在工作,幾個小時很快就過去了,回頭想想,好像什麼也沒有學習到;

三、記錄時間。或者說,記錄活動。讓時間在意識中留下痕跡,讓自我對於時間有更具體更準確的判斷。關於“記錄與反思的力量”,其實重要性對於一個人的成長几乎是決定性的,有機會再詳細解析。

“時間”是什麼?

時間啊,時間。

科技千里眼頭條號,長期致力於以最易懂的講解詮釋科學技術知識,與中國所有自我教育者一同學習、理解科技、認識世界。已釋出專欄包括線性代數、微積分、機率統計、理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、傳熱學、MATLAB、有限元、多物理場、材料科學、計算機原理、流變學、COMSOL、仿生學、空間與場、科技史等各個方面,抓住核心思想,提煉學科精華,重構知識體系,用生動極簡的語言,極速理解理論力學學科精要,輕鬆掌握學科應用。

分類: 科學
時間: 2021-06-21

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