「時間」是什麼,也會受到其他因素的影響?
「時間」是個大話題,歷代哲學家科學家都對這個概念進行過不斷思考,但是直到愛因斯坦的出現,「時間」這個概念才煥發出不一樣的光彩,也正是他讓人類以從未有過的視角思考著過去、現在和將來!
「時間」是什麼?這對我們來說,是一個極為抽象的概念,因為我們只在事件發生的持續變化過程中、事件發生的先後順序中看到樂時間的痕迹,比如物種的產生、發展和滅絕。但是我們又無法捕捉到「時間」的具體形象。我們只知道時間有很多特性,比如方向性,時間只直往前走不會倒退,時間是矢量;時間的相對均等性,地球上的你和我擁有的時間,並不會因為你比我有錢、有勢,我倆擁有的時間就有差別,我們擁有的「一天」都是24小時。但是,不得不提,這種均等性是相對來說的,因為在相同時空結構和相對速度里時間才有均等性,對處於不同時空結構和不同相對速度的兩個事物,時間是不具有均等性的。為什麼不具有均等性?這是因為時間和世間萬物一樣,也會受到其他因素的影響,比如,質量和速度!
按照愛因斯坦在相對論中的描述:時間是不能和空間、物質二者分開解釋的。當下意思就是,沒有空間就時間沒有意義,同理沒有物質時間也沒有意義。當然,沒了空間,物質也是沒有意義的。愛因斯坦認為時間與空間一起組成了我們現在的四維(長、寬、高、時間)時空,這個四維時空是構成了我們宇宙的基本結構。此外,在測量上,時間與空間並不是絕對的。在不同的相對速度或不同時空結構里進行的測量,會觀察到時間流逝情況的不一樣。影響時間流逝有兩大因素,那就是質量和速度!
首先,我們先來了解一下質量對時間的影響。我們知道,每個不同質量的物體都會在其周圍時空產生重力場,這些產生的重力場能夠對時空結構進行扭曲。重力場因物體的質量的大小不一而強度,自然對周圍時空結構的扭曲程度不一。言外之意,宇宙的時空分布並不像水面一樣是平的,而是類似一個放了重物的織網,在重力的作用下而變得凹陷不平,這些重物就是宇宙中的那些天體。根據相對論中的數學推導,大質量物體(比如:黑洞)附近的時間流逝要比距離大質量物體較遠地方的時間流逝慢。你可能會覺得這有點不可思議,但是質量對時間的影響其實已經不是秘密了,而且已經得到了證實和應用。例如,我們現在用的全球定位系統GPS。在GPS的研發和使用過程中,科學家們發現,他們的定位系統無論怎麼進行系統修正都無法避免幾公里的定位誤差。這種誤差並不是偶然存在的,是不能通過提高儀器精度來消滅的。開始科學家困惑不已,直到科學家們將愛因斯坦相對論中質量對時間的影響考慮其中,這種系統誤差才得以避免。我們知道衛星距地球表面很遠,根據萬有引力定律,地球表面處的重力場要大於衛星現在所處軌道的重力場,在這兩種不同重力場的影響下,地球表面處時間的流逝要比衛星所處軌道處時間的流逝要慢,雖然這種時間差別很小,是小數點後好幾位,但是這種誤差會在反饋的過程中會被大程度的放大,從而導致定位失准。
其次,除了質量能影響時間的流逝,速度也可以。根據愛因斯坦的狹義相對論,時間具有 「膨脹」效應:假設有兩個觀察者,一個觀察者處於靜止位置,一個觀察者朝靜止狀態的觀察者做相對運動,那麼觀察者就可以發現,做相對運動狀態的觀察者觀察到的時鐘時間流逝速度要比處於靜止狀態的觀察者附近的時鐘時間流逝速度要慢。當然,現實狀態下的我們無法察覺這種差別,因為相對運動的速度太小,時間的流逝的差別幾乎可以忽略。那麼接下來問題出現了,怎麼樣的速度能夠對時間產生明顯的影響作用呢?於是科學家們想到了光,他們對光進行了一系列實驗,他們讓光以光速朝各個方向運動(相對運動、相離運動),但是他們發現光以光速的行進的過程中,時間並沒有對它發生任何改變。這種現象一時困惑著大部分科學家,因為光以光速來行進時速度並沒有對時間產生影響。這是不是就說相對論錯了呢?當然不是!愛因斯坦認為,光速是宇宙中速度的極限,任何一種物體的運動速度都無法超越光速。根據愛因斯坦的公式推導,一旦物質的速度達到光速,時間就失去意義,時間也就不存在了。這就是速度對時間的影響!
關於這一點,我們知道速度達到光速之後時間便失去意義,那作為時間的另一個影響因素:質量,達到何種狀態時時間也會失去意義呢?對於這個問題,其實現代物理學還是給了很好的答案的,但是我們必須先得想像一下,如果要達到對時間的這種影響程度,那就需要非常大的質量。一講到大質量,我們就得講到黑洞。我們對黑洞的了解一般是知道黑洞質量很大,黑洞會將周邊所有能吸引進去的東西吞噬,甚至連光都無法逃脫。基於這種認識,我們就會十分好奇,黑洞的最裡面是什麼?為何有如此大的吸引力?當然,根據科學家的推測,我們現在知道,黑洞的最裡面是一個奇點!那奇點又為何物?這就得從黑洞的形成說起。我們知道大質量恆星產生光和熱的原因是因為恆星最內部產生核聚變,核聚變產生是因為恆星自身的強大萬有引力(重力、巨大的重力)對恆星處於最內部的物質(原子)進行擠壓所致。核聚變產生的同時釋放出能量(光和熱),當核聚變產生的爆炸(向外的力)和恆星自身坍塌的重力(向內的力)達到平衡時,恆星維持穩態,我們的太陽就處於這種狀態。但是,這種穩態最終會因為核聚變的原材料消耗殆盡而進入下一個階段,下一個階段叫做超紅巨星,因為核聚變不再發生,恆星的重力會將內部結構無限壓縮,最終將內部原子結構擠壓成一個以原子核為主要物質的天體,我們稱之為中子星,同時這個過程釋放出大量能量,同理,在這個過程中天體又可以存活一段時間,但是隨著這段時間也花完了,天體的重力又會佔據優勢,又會繼續對內部的物質進行壓縮,如果天體的質量足夠大的話,這種壓縮就可以將物質壓縮到空間為0的狀態,也就是奇點,這個時候黑洞就形成了。如果一個物質的空間沒有了,自然時間、物質都失去了意義,這就是質量對時間的終極影響。
英國科學家霍金對愛因斯坦的廣義相對論中的愛因斯坦方程式進行了逆向計算和推導,最終得出結論:宇宙的時間是有一個起始點的,是由一場「大爆炸」開始的,這就是聞名世界的「宇宙大爆炸」理論。霍金在看法上其實是基本繼承了愛因斯坦的觀點。他同樣認為,物質與時空並存,只要物質存在,時間便有意義。時間需要能量維持,沒有能量的時間也是沒有意義的。
人類有一個很好的願望和憧憬,就是希望能夠通過「時間旅行」回到過去,並希望在這個過程中改變人類歷史。不得不說,這種思想在當下的電視劇,尤其是中國的穿越劇中經常出現,這是人們的一種期待,期待時美好的,但是,這種期待卻是人們對愛因斯坦關於時間解釋的誤解和偏見。
對此,愛因斯坦是這麼認為的:
1、「」時間倒流或回到過去,其實是建立在一個不存在的邏輯基礎上的。」
2、「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。」
第一點,解釋來說,大致意思就是說,電視劇中關於「回到過去」的想法都是不切實際的,是不符合邏輯的,一方面時間只會朝一個方向流動這是確定無疑的,而回到過去更是違背自然規律的。按照霍金的解釋,因為這違背了「時間悖論」,霍金假設人類能夠回到過去,現在有一個人他通過時光隧道回到過去,這是他能夠看到之前的自己,這時他朝之前的自己開槍把之前的自己打死,那問題就產生了,如果之前的自己已經死在過去了,那麼怎麼可能會有後來穿越時光隧道並開槍打死之前自己的事情呢?這顯然在邏輯上是行不通的!
既然回到過去不切實際,那去往將來是否也不切實際呢?不是的,去往將來從理論上來說是行的通的。因為這個假定並不違背時間的方向性,試想你通過搭乘一個航天器來到黑洞邊緣,然後繞著黑洞航行,我們知道黑洞周邊的時間流逝速度要比地球上慢很多,假如你在黑洞周邊航行了一小時,可能回到地球上已經過去了10多年。同理,如果你能夠搭乘一種能夠接近光速的航行器,快速行進,那麼你在這個航行器上呆上1小時,回到地球時,地球也已經是從你搭乘航行器開始的10多年之後了。所以,通過時間旅行回到過去是行不通的,但是我們可以穿越到未來,這是完完全全可以的。
第二點,「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺」,這個論斷的大致意思就是說,時間是個矢量,他有自己的方向性,雖然回到過去、時光倒流是行不通的,但是時間的流逝是一脈相承的,而且我們知道,物質在時間的過程中產生、發展、消亡,那是不是有可能時間作為一種計量單位和記錄方式,類似「攝像機」一樣,記錄著宇宙中所有事件的發生、發展和消亡,而我們的宇宙發生的過去、現在和將來發生的所有一切其實早已發生,只不過在時間這台攝像機里,只不過這台攝像機一直在反反覆復的放映著呢?什麼意思呢?大致就是說,現在的你,你感覺無比真實存在的你,其實只不過是時間這台放映機在宇宙中的錄像帶中的鏡像,你之前的人生、現在的人生和將來的人生其實都早已刻錄在這台放映機的錄像帶中,只不過是在宇宙中簡單和重複的放映而已!你可能會說,這完全是謬論,我下一刻要做的事情有無數種可能怎麼可能只是錯覺。這不是謬論,因為已經有科學家根據愛因斯坦的理論提出了「平行宇宙」這個概念,意思就是說,你的所有下一刻可能都被「平行宇宙」所包含,在這裡我們看到兩個「無限」,你下一刻的無限種可能,和平行宇宙的「無限」,顯然你的「無限」要遠遠小於「平行宇宙」的無限,這就類似(但不是),數字1到數字2之間有無限個數字,比如1.11、1.2、……,但是你這種無限被包含在數字1到數字10之中,而且平行宇宙包含關係要比這種比喻誇張的多。
以上兩點的觀點不是我個人的,確確實實是愛因斯坦他老人家以及他的繼承者們的看法,尤其是第二點,請記住,「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺」,當然上面的所有理論都沒有被證實,大家也就當一種了解吧。我們人生在天地間,總是要知道自己為什麼而來,為什麼而去的,宇宙這個話題目前看來幾乎無窮無盡,我們一起學習一起成長!歡迎訂閱我的頭條號,我們一起前行一起成長!
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