「時間」這個概念是怎麼出現的?為什麼會出現時間?

2020-11-22 薛丁格的科學

如果我們要思考時間這個概念到底是什麼時候出現,我們首先就得把研究對象搞清楚。我的意思是說,是客觀的「時間」出現的起點,還是人類具體什麼時候認知到時間的存在?

那具體是咋回事呢?

我們從三個方面來探討一下時間。

時間與人類文明

其實研究時間這個問題和研究宇宙是分不開的。在我們國家春秋戰國時期,諸子百家中有個叫做尸佼的,他的著作《尸子》中,就有一句對於宇宙的深刻看法。這話是這麼說的:天地四方曰宇,往來古今曰宙

這句話的意思是說,「宇」代表空間,「宙」代表時間

其實這個定義已經算是比較接近我們現在對於宇宙的定義了。可是古人會有這樣的看法呢?

其實這裡的邏輯也很簡單,我們可以想像一下,古人是沒有手錶和時鐘的。那他們如何看時間呢?

其實對於古人而已,宇宙就是他們的手錶和時鐘。一天其實就是一個晝夜,一個月就是月球繞著天球轉一圈。所以,古人是可以通過天象要判斷時間的,他們才會認為宇宙包含了時間。

但是他們之所以需要計時,並非是為了過日子,而是為了更好地生活。

在更遠古的時代,人類還沒有進入農耕文明,時間對於人類而已並不是非常重要。但是後來人類進入了農耕時代,收成多少要看老天,也就是日期,當時的人們發現,氣候是呈現周期性的。於是,他們就開始試圖去拆分這個周期性,也就有了一年,一月,一日,相對應地就出現了曆法。

所以,時間是伴隨著人類文明的進化而進化的。隨著人類的文明水平越高,人類所需要的時間進度就越高,從最早簡單地確立一天,一月和一年,到後來逐漸重視時間的測量進度,人類在農耕文明就已經能夠獲得到足夠精準的時間。

而到了科學快速發展時,時間的定義和進度再次上了一個臺階。如今,我們用的銫原子鐘可以精確到小數點後15位左右,今天,人類甚至還可以依靠中子星(或者說脈衝星)來計時。

所以認知時間的起點,我們可以粗略地等價於人類文明的起點。

時間與宇宙大爆炸

除了人類認知的起點,時間還有個事實上的起點。正如上文所說的,時間是包含在宇宙當中,也就是說,宇宙的開端實際上就是時間的開端。最早人類並不認為宇宙有個開端,而認為宇宙是永恆的。

但是隨著愛因斯坦廣義相對論的提出,以及天文學家哈勃觀測到的宇宙膨脹。20世紀,科學家逐漸建立起了一套全新的宇宙學理論,而這套理論也有三個充分證據。這就是大名鼎鼎的宇宙大爆炸理論。

這個理論告訴我們,宇宙並非是永恆的,而是由一個炙熱的起點。宇宙大概是在138億年前,在一次大爆炸中誕生的。

也就是說,如果時間是宇宙的一部分,那麼時間的起點實際上就是宇宙的起點,而宇宙起源於138億年前,因此,時間的起點就是138億年前。

那麼,問題來了,為什麼會出現時間呢?

時間的定義

其實人類從始至終都一直在追問「時間到底是什麼」。但我們會發現,無論你如何去定義它都會有問題,或者說根本沒辦法做到。也就是說,人類目前是根本不知道時間到底是什麼的。

不過令人欣慰的是,人類可以利用測量定義法來定義時間。如果我們回想一下古人看時間的方式,你就發現,測量時間依靠的就是周期性的變化,實際上現代的計時工具依舊是靠周期性地變化來測量時間的。所以,從這裡,我們就會發現時間和變化是有關係的。我們來現象一下,如果有一天,宇宙完全沒有任何變化,或者說沒有熱傳遞,處處溫度都一樣,不再有信息地傳遞,好像利用我們如果看待時間的方式,時間就是靜止的。其實這種狀態就是宇宙末日假說的熱寂說,說的是宇宙處於熵最大的狀態,這裡的熵指的是混亂程度。

所以,有一些科學家猜測,時間的方向就是熵增的方向,因為熵增也是和變化緊密聯繫起來的。

但這些目前都只是假說,並沒有任何證據可以證明時間和熵增之間的關係。

關於時間我們就說到這裡,我來總結一下,時間的兩個起點,一個是人類認知的起點幾乎等價於人類文明的起點,另一個是時間本身的開端,其實就是宇宙的開端。至於是時間到底是什麼,目前來看,我們只知道它與變化有關,以及可能與熵增的方向有關,但時間具體是什麼,我們其實是不清楚的。

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