終極問題：時間是什麼？愛因斯坦用五種理論解釋時間

1相對論時間

愛因斯坦發表相對論以來(1905年狹義相對論,和1916年的廣義相對論),我們對時間的理解已發生了巨大的變化,傳統的絕對時空取代了時間的一維時空的概念。源自愛因斯坦提出了狹義相對論,和動態彎曲時空的廣義相對論。

這是愛因斯坦的智慧，他意識到光速是絕對的、不變的並且不能超過(事實上光速比任何時間和空間都更重要)。在相對論中，時間無疑是構成宇宙結構的一個不可分割的組成部分，它不可能與宇宙分離，但是，如果光速是不變的和絕對的，愛因斯坦意識到，空間和時間必須是靈活的，並且相對於適應這一點。

儘管愛因斯坦的許多工作經常被認為是「困難的」或「反直覺的」，但他的理論已經證明(在實驗室實驗和天文觀測中)是一個非常精確的現實模型，確實比牛頓物理學更準確，並且適用於更廣泛的環境和條件。

2關於時空

愛因斯坦的狹義相對論的一個方面是,我們現在知道了,空間和時間是將不可避免地合併為四維時空,而不是三維空間和一個完全不同的時間維度。

笛卡爾在17世紀,經典物理學家。正是有了這一認識，時間有效地成為了在時空中指定物體位置的坐標的一部分。

閔可夫斯基引入了恰當的時間概念，即兩個事件之間的實際運行時間，這是通過兩個事件的時間來測量的。因此，適當的時間不僅取決於事件本身，也取決於事件之間的時鐘的運動。

相比之下，閔可夫斯基所謂的「坐標時間」是兩個事件之間的明顯時間，這是由一個遙遠的觀察者來測量的，使用觀察者自己的方法來分配時間。現代物理學家所以不要把時間視為「通過」或「流動」的傳統意義上說,也不是時間發生的一系列事件:過去和未來都是簡單的「有」,提出了作為四維時空的一部分,其中一些我們已經訪問了,有些沒有。

根據相對論,一個「現在」的感覺,尤其是沿著時間的「現在」,似乎「流」,因此出現了純粹的人類意識和我們的大腦,也許作為一個進化工具來幫助我們處理我們周圍的世界,即使它沒有實際上反映了現實。正如愛因斯坦自己所言:「像我們這樣相信物理學的人，知道過去、現在和未來之間的區別只是一種頑固的幻覺。」

然而，如果時間是一個維度，它看起來就不像是三維空間的維度。例如，我們可以選擇在空間中移動，但我們的移動時間是不可避免的，無論我們喜歡與否，我們都是這樣做的。事實上，我們並不是真的在時間上移動，至少不像我們在太空中移動那樣。

在廣義相對論中，當愛因斯坦意識到也許引力不是時空的場或力，而是時空本身的特性時，時空的概念進一步得到了完善。因此，時空連續體實際上是被質量和能量扭曲和彎曲的，這是我們認為是重力的扭曲，導致了一個動態彎曲的時空。在質量非常大的區域，如恆星和黑洞，時空是由質量的極端引力彎曲或彎曲的，這一觀點經常被一個保齡球的重量扭曲的橡膠板的圖像所闡明。

3關於時間膨脹

同樣，由於愛因斯坦的工作和他的狹義相對論，我們現在知道，根據相對運動，時間的速度實際上是不同的，所以時間實際上以不同的速度以不同的速度以不同的速度傳播，這是一種被稱為時間膨脹的效應。

因此，如果兩個同步時鐘相對於彼此移動，就不一定保持同步。在空間維度中有一種相關的效應，即所謂的長度收縮，即移動的身體實際上是在旅行的方向上的收縮。時間膨脹(以及相關的長度收縮)可以忽略不計，但在我們周圍的世界中，它幾乎是不可察覺的，儘管它可以用非常靈敏的儀器來測量。

然而，當物體的速度接近光速(被稱為相對論速度)時，它就變得更加明顯。如果一艘宇宙飛船能以99%光速的速度飛行，一個假想的觀察者會看到飛船的時鐘移動的速度是正常速度的兩倍(也就是說，協調時間的移動速度是正常時間的兩倍)，而宇航員們則在緩慢移動的過程中移動。

在光速的99.5%的情況下，觀察者會看到時鐘的速度比正常的慢10倍。在99.9%的光速下，這個因子大約是22倍，在99.99%的情況下，在99.9999%的情況下，呈指數增長。在目前使用的最大粒子加速器中，我們可以使時間慢下來10萬倍。以光速本身，如果真的有可能達到這個目標，時間就會完全停止。

也許最簡單的理解這個困難概念的方法是，當一個物體或一個人在時空中移動時，它的運動「分享」一些空間運動的時間運動，就像一些向西北運動的向西運動一樣。這一維度的共享是光速的不變性質(略小於30萬千米/秒)，這是一個永遠無法超越的宇宙的基本常數。

因此，在某種意義上，以相對論速度減慢的時間，是為了「保護」不可侵犯的宇宙速度極限(光速)。

雖然一艘宇宙飛船旅行以接近光速的速度需要100000年達到一個遙遠的恆星100000光年根據時鐘在地球上,宇宙飛船的宇航員可能幾乎所有年齡他遊歷整個星系。

因此，相對論時間的這種特性引發了很多關於時間旅行的可能性的討論(請參閱時間旅行的單獨部分)。

根據愛因斯坦的理論，時間是相對於觀察者的，更具體地說，是觀察者的運動。這並不是說,在某種程度上都是反覆無常的或隨機的性質——它仍然是由物理定律和完全可預測的表現,就像牛頓不是絕對的和普遍認為絕對時間,事情並不是像他相信那麼簡單明了。

一些評論家,如基督教哲學家威廉·萊恩克雷格認為,可能會有需要區分的現實時間和測量時間:根據這種思路(應該提到,不是一個主流的位置在物理),時間本身可能是絕對的,但是我們必須相對測量它的方式。

相對論的一個犧牲品是同時性的概念，兩個事件的性質同時發生在一個特定的參考系中。

根據相對論物理學，同時性並不是事件之間的絕對屬性，就像以前一直被認為是理所當然的那樣。因此，在一個參照系中同時存在的東西不一定在另一個框架中同時存在。對於以正常速度移動的物體，其影響很小，通常可以忽略(因此同時性通常可以被視為絕對屬性);但是當物體接近相對論速度(接近光速)時，這種直覺的關係就不能再被假定了。

4引力時間膨脹

當愛因斯坦把他的狹義相對論擴展到他的一般理論時，很明顯，在強烈的引力作用下也會出現類似的時間膨脹效應，這種效應通常被稱為引力時間膨脹。這就像是重力在某種程度上拉拽或拖拽時間，減慢了它的速度。物體離物體越近，它們之間的引力就越強(根據艾薩克牛頓第一次發現的反比定律)，因此時間拖得越久。

這些影響是可以忽略不計的類型的重力差異在日常生活中經歷:儘管從技術上講,一個人住在一樓的公寓年齡低於他們的雙胞胎住在同一棟樓的頂層公寓(由於重力他們經歷的差異),效果可能數量在一個完整的一生也許一微秒。然而，現代日常生活中有一個方面，我們確實體驗到了重力時間膨脹的影響:它對全球定位系統(GPS)產生了明顯的影響，我們現在很多人都依賴它來導航。GPS系統所使用的軌道衛星比地球表面的引力要小得多，而且移動速度也非常快，因此每天大約38微秒的時間扭曲效應必須被考慮進去，否則GPS就會很快地積累誤差。

但是，就像宇宙飛船以接近光速的速度飛行一樣，在黑洞邊緣的極端重力環境下，大量的時間差異也會變得明顯。黑洞以接近光速的速度旋轉，將周圍的物體拖拽，而黑洞的巨大引力能使時空彎曲並扭曲時空。在黑洞的「事件視界」——不返回的引力點——宇宙飛船上的一個假設的時鐘(實際上是宇宙飛船本身的進程)會從外部出現，因為無限的時間膨脹效應而完全停止。在黑洞中心的重力奇點處，重力和密度是無限的，所有的物理規律都是被打破的。

時間有效地停止了，就像宇宙大爆炸的奇點一樣(見時間和大爆炸的部分)。

5雙生子佯謬

時間的擴張也產生了所謂的「雙胞胎悖論」或「時鐘佯謬」,即一個假想的宇航員返回從一個光速航行在太空中發現他的全職兩個比他大很多歲(在相對論高速旅行只有允許宇航員經歷,說,一年的時間,而地球上十年的時間)。由於時間膨脹效應，宇宙飛船上的時鐘比地球上的任務控制時鐘的時間要短。

真正的悖論,儘管,正如愛因斯坦解釋說,來自這一事實(因為沒有「首選」在相對論參考系)我們可以考慮旅行者飛船保持靜止的,而地球拍攝下來,在接近光速的速度。愛因斯坦認為，在這種情況下，人們會認為宇航員比地球上的居民年齡要大得多。事實上，「悖論」是由馬赫原理解釋的:宇宙飛船正在以接近光速的速度從宇宙的大部分區域加速，而地球卻不是這樣。

因此，是宇宙飛船(和它的宇航員)經歷了相對論時間的膨脹，而不是地球。

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