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時間既普通又神秘,普通在於太陽東升西落一日三餐,處處都少不了時間,我們對時間可謂是非常的熟悉。但是像牛頓和愛因斯坦等一眾科學巨匠對於時間又有不同的看法,時間頗為神秘。
從大的角度來考慮,空間時間和物質是構成宇宙的三要素,它們三者之間缺一不可。我們對於時間最直接的印象就是生老病死,從出生到死亡百年光陰,這足以說明時間在不斷地流逝。
舉一個簡單的例子,在一個密閉的黑暗空間中完全真空沒有任何物質,這也就意味著沒有物質變化的過程,那麼無論是一秒鐘還是一年,時間都毫無意義。但在這樣的環境中時間是否真實存在?
把一顆持續演化的恆星放在密閉空間中,接下來有不同的觀點,我們必須要先搞清楚時間的本質,因為時間的存在物質才會發生持續性變化或者說因為物質的變化讓人們定義出時間,物質變化約等於時間流逝。
如果說時間是宇宙真實存在的性質,時間起到控制作用,那麼當時間存在並且流逝,那麼物質的變化就會持續,當時間靜止或者不存在,物質的變化也停止,一切趨向於永恆。但如果說時間僅僅是人類定義出來的概念,只是用來表示物質的變化過程,那麼時間就毫無意義了。
在牛頓的經典物理學中時間空間必不可缺,涉及到物質運動就需要有時間的參與,當然也要有空間的存在,但時間和空間在牛頓的理論體系中完全是單獨存在的。牛頓所堅持的是一種絕對時空觀,這也是當代人類日常生活中所堅持的。
例如出去和朋友聚餐,約好時間和地點就可以,這個時候不會有人說是誰的時間,或者說是哪個參考系內的時間,因為大家的時間都是統一標準的。但是愛因斯坦卻不這樣認為,愛因斯坦認為時間是相對的,並且時間的流逝速度是可以變化的,這也就產生了不同的「時間體系」。
如果按照愛因斯坦的狹義相對論,行走的人和開車的人時間流逝速度就不相同,只不過因為速度差異下被忽略而已。愛因斯坦狹義相對論認為時間的流逝速度和物體的運動速度有絕對關係,物體運動速度越快時間的流逝速度越慢,當速度無限接近於光速,那麼時間就無限接近於靜止,意味著時間沒有流逝。
例如光子沒有靜止質量,它的運動速度就是光速,那麼它的時間是靜止的,因此說光子的壽命是永恆的,除非被其它物質所吸收、否則將在宇宙深空中一直存在。
愛因斯坦認為時間的流逝速度是可以變化的,根據運動速度和所處引力場大小的不同都有變化,在《星際穿越》中出現的情節,主角一行人去到一顆新的天體,在那裡的時間一小時等於地球上七年,就是因為所處的引力場不同。那顆新的天體在繞超大質量黑洞旋轉,所處的引力場自然大,那麼時間的流逝速度就會變得很慢。
因為愛因斯坦我們知道了時間流逝速度可以變化,那麼時間還具備哪些特性?
時間和空間合在一起可以稱之為四維時空,空間維度很好理解,就像是數學中所學的笛卡爾坐標系(X、Y、Z),每個坐標軸都有兩個方向,但時間就不同了,時間只能朝著一個方向,永遠無法逆轉。
時間流逝的方向就是熵增的方向。
熱力學第二定律如果從熱量的角度來思考,那就是熱量可以自發地從溫度高物體傳遞至溫度低的物體,但是這個過程不可以逆轉;如果從熵的角度出發,那就是對於孤立系統熵會逐漸的增大永不減少。
熵增的例子在日常生活中很常見,經常居住的屋子只會從乾淨整潔變得雜亂無章,這是一種自發的過程,那麼當我們收拾屋子,這就是熵在減少需要做功。也就意味著熵增永遠都是自發進行的,要想實現熵減只能額外的提供功,時間的方向實際上就是熵增的方向,時間不可逆轉熵也不可能自發的減少。
熵增定律某種意義上來說確定了人類文明的未來。時間真實存在,每時每刻都在不停地流逝,生老病死就是常態。
時間真的是人類記憶的錯覺嗎?其實只能說人類給時間做了一個定義,但即使6500萬年前恐龍沒有滅絕,人類文明沒有出現,時間依然存在,太陽會正常演化直到死亡,宇宙會正常演化直到熱寂,這一切都沒有變化。
文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。