科普:時間有開端嗎?時間本質是什麼?

2021-01-09 達叔說天文

哈嘍,大家好,歡迎來到「達叔說天文」,咱們今天聊的話題是「時間」,不知道大家有沒有考慮過時間的定義呢?這是一個非常有趣的問題,讓咱們直接進入正題吧!

有一位同事的女兒大概有5歲,有一天問了他一個問題,「爸爸,什麼是時間?」,這個怎麼解釋呢?因為他解釋不清楚時間到底是什麼,最後他讓女兒跑去煩她媽媽去了。「時間」確實不好去定義,它是一個抽象的,人造的概念。它是物質的運動,變化的持續性和順序性的一個表現。「愛因斯坦」就在相對論中說過,不能把時間、空間、物質三者分開來解釋。就像「時空」這個詞一樣,它本身就是一體的,因此時間不能脫離參照物而單獨存在,這就是時間的本質。

在聊完時間的本質後,咱們再來聊聊時間是否有開端的問題。要聊這個問題首先要回溯到宇宙大爆炸之初,因為宇宙中的一切事物都是從那一刻開始的。在宇宙大爆炸之前,由於沒有空間存在,也就沒有參照物做參照,來表明那個時刻的時間流逝了。因此那時候沒有辦法定義「時間」。沒有空間做參照,時間也就失去意義。

時間開始有意義是在宇宙大爆炸之後,那時空間開始出現,於是有東西可以充當參照物,這才有時間的存在。還有一個反證法,是霍金在《時間簡史》中提到的,「如果時間沒有開端,那麼到達現在這個時刻之前,你將要經歷無限長的時間。這就意味著,你永遠到不了現在這個時刻。」雖然不是很好理解,但是這解釋了時間是具有開端的。

既然聊到時間具有開端,那麼就來聊下,時間是不是具有連續性的問題。直覺告訴我們,「時間」難道不是連續的嗎?說到這裡就不得不提下物理學四大神獸之一的「芝諾的烏龜」。它說的是:假如你和一隻烏龜進行賽跑,你的速度是10米/秒,烏龜的速度是1米/秒。如果你讓烏龜先跑100米,那麼你將永遠也追不上這隻烏龜。是不是覺得有點反常識,人和烏龜賽跑,怎麼可能贏不了烏龜呢?

這個過程是這樣的,當你讓烏龜先跑100米,然後你在起步追趕。當你跑到100米處時,你需要用時10秒鐘,這個時候烏龜已經跑到110米處了。而當你跑到110米處時,又要用時1秒鐘,這個時候烏龜已經跑到111米處了。當你奮起直追跑到111米處時,又要用時0.1秒,這個時候烏龜又跑到111.1米處了。因此你永遠也追不上烏龜,乍一看,好像是這麼一回事哦!

但是仔細一想,又覺得那裡不對勁,首先你看10秒+1秒+0.1秒+0.01秒+0.001秒+……,這不是求極限嗎?那極限就是12秒鐘,也就是說,你將在12秒鐘的時候追上烏龜。如果時間真的可以無限分割,那豈不是永遠也到不了12秒鐘。你之所以永遠追不上烏龜,那是因為第12秒被無限分割了。但是「時間」是不能被無限分割的,也不是連續的。

那麼時間有沒有最小的粒度呢?有的,它叫作「布朗克時間」。這個時間段大概有多長呢?目前科學界普遍認為它的近似值是:0.0……01秒(小數點後擁有43個0)。好了,關於時間的話題就聊到這,雖然不是很深刻,但希望能給你一點對於時間的啟發。

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