為什麼會存在時間?時間到底是什麼?

2020-12-27 科學船塢

「時間」陪伴了人類文明很久,最初人類是如何認識時間的呢?很簡單,就是事物運動的變化,比如月亮的陰晴圓缺,河流的泛濫周期、春夏秋冬、恆星的位置變化等等,古人看到這些事物的變化都有周期性,那麼用什麼來表示這種周期性的,也就是時間了,從這方面來看,時間只是一個名詞,它代表了事物的變化順序,沒有其它更深的含義了。

一棵小樹苗長成了參天大樹,嬰兒慢慢地長大成人,放久了的蘋果慢慢地變爛,這些都體現出時間在向前進,無法回頭了。一直以來,人們日常生活中所用到的時間,我們都認為它是單方向的,只能向前進,無法後退。但是科學誕生之後,物理學定律中的那些公式,用t來代表時間,可是即便是將t改為-t,那些公式的形式並不會發生變化,好像時間是可逆的了。

時間到底是可逆的還是不可逆的,直到熱力學第二定律問世以後,時間的方向被一個物理名詞固定住了,它就是熵,熵增的方向就是時間的方向,又由於熵無法自發的減少,它只會增加,所以時間是不可逆的。簡而言之,時間的箭頭就是熵增的箭頭。

什麼是熵?

我們可能多次看到過這個名詞了,熵代表的是一個體系混亂程度的度量,通俗點說,就是有序熵值就低,無序熵值就高。打個比方:一個完整的瓶子放在桌子上,此時熵值是低的,但是當你把瓶子打碎在地上,此時熵值變高了。再打個比方:一間教室中擺滿了凳子,但是凳子上都沒有序號,眾多的學生都站在擁擠的屋子裡,不知道坐在哪裡,這個體系就顯得很混亂,熵值很高。之後講師給每個學生都發了序號,學生按序號就座,此時體系就變得有序了,熵值降低。

在熵增定律也就是熱力學第二定律沒出現之前,在物理學定律中,描述一個物體的運動狀況時,無論你是將t還是-t代入公式中,公式都沒有變化,也就是說,無論是將一個物體的運動情況正著看還是倒放著看,都是不妨礙計算的,物理定律都是適用的,但是當熵增定律出現之後,時間就有了方向了,熵增為它規定了方向。

為什麼會存在時間呢?時間到底是什麼?

狹義上來說,我們需要時間,廣義上來說,時間本身就存在,不是我們定義它存在它才存在的,而是它本身就存在於宇宙中,在宇宙大爆炸伊始它就存在了。在愛因斯坦的時空觀中,宇宙是四維的,包含了時間與空間,時間與空間是宇宙的基本結構。

時間是不可逆的,在眾多的科幻幻想中常常這樣設想,時間會不會倒流呢?答:時間是不會倒流的,在數學中可行,但是在現實的物理宇宙中不可行。

關於時間到底是什麼這個問題,不好回答,說它是物吧?你看不到它也摸不到它,說它不存在吧?你又覺得它始終都存在,且存在於任何一個角落,時間最不好定義了。我們只需要知道,時間是存在的,時間有方向,時間是宇宙的組成部分就可以了。

文/科學船塢

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